功能性多肽的研究进展讲解

食品营养学课程论文功能性多肽的研究进展院系食品学院专业食品科学功能性多肽的研究进展1前言自1993年Nature杂志上发表了有关功能食品的文章以来，功能食品的概念迅速在世界范围普及开来[1]。近年来随着广大消费者的保健意识增强，人们已认识到，癌、心血管病、糖尿病、骨质疏松等疾病与生活方式尤其是与饮食习惯有关，食品中有特定功效的营养性成分与非营养性成分，对抑制人体某些疾病的出现有一定的作用[2]，加之中国的“医食同源”理论影响，人们开始寻找营养保健食品。在此背景下，功能性多肽的研究也有了很大进展。功能性多肽是分子结构介于氨基酸和蛋白质之间的一类化合物，是蛋白质的结构与功能片段，本身也具有很强的生物活性。这些活性多欣不仅具有营养作用，而且在体内还其有调节功能。现代营养学研究发现，机体对多肽的吸收代谢速度比游离氨基酸快，生物活性肽吸收机制具有六大特点。（1）不需要消化，直接吸收。生物活性肽不会受到人体的促酶、胃蛋白酶、胰酶、淀粉酶及酸碱物质的二次水解，它以完整的形式直接进入小肠，被小肠吸收，进入人体循环系统，发挥其功能。（2）吸收快。吸收进入循环系统的时间，如同静脉针剂注射一样，快速发挥作用（3）具有100%吸收的特点。吸收时没有任何废物及排泄物，能被人体全部利用。（4）主动吸收，迫使吸收。（5）吸收时，不需要耗费人体能量，不会增加胃肠功能负担。（6）起载体作用，它可将人所食用的各种营养物质运载输送到人体各细胞、组织、器官。因此功能性多肽的生物效价和营养价值极高。某些食品加工过程能浓缩活性多肽，这些活性肽不仅在营养上可作为必需氨基酸的来源[3]，也能在一定程度上改善人体的多种机能如抗菌、降血压、降低胆固醇、抗血栓、抗氧化、促进矿物质吸收、提高生物利用度、增强免疫等[4]。通过对食物蛋白进行酶解或加工获得的生物活性肽成本低、安全性好、易于进行工业化生产，用生物活性多肽开发的保健食品前景也被看好，已经成为人们研究的热点。2功能性多肽的分类、生理功能及制备2.1功能性多肽的分类按照功能给食品中的多肽分类，可以分为降血压肽、高F值多肽、酪蛋白磷酸钛、免疫活性肽、清除自由基活性肽等几种国内外广泛关注的功能性多肽。按照多肽来源分为动物源功能性多肽和植物源功能性多肽，这些多肽具有重要的广泛的生物学功能和调节功能，其中有些寡肽已经通过工业化生产进入国际市场。动物功能性肽，即动物蛋白通过特定水解酶作用而降解为对人体健康有益的片段。用来制备活性多肽的动物蛋白主要有牛奶蛋白、鸡蛋和肉制品中的蛋白质、海洋生物蛋白。以牛奶中的蛋白质为原料，可得到酪蛋白磷酸肽、免疫调节酪蛋白肽、抗血栓形成肽、抗菌肽、抑制肽、及抗氧化肽[5]。植物源活性肽是植物蛋白通过水解酶酶解或发酵形成的对人体有益的肽段。用来制备活性多肽的植物蛋白主要有：豆类、谷类、麻类植物的种子和葵花籽[6]。以玉米蛋白作为原料，经不同的处理过程能得到抗氧化肽!降压肽!抗肿瘤肽等不同功能肽，朱艳华等证明玉米多肽具有保护小鼠肝脏线粒体氧化损伤及红细胞氧化损伤的功效[7]。2.2功能性多肽的生理功能功能性多肽是一类具有重要生理功能的活性物质。具有传递生理信息．调节生理功能的作用，对于人体的神经、消化、生殖、生长、运动、代谢、循环等系统的正常生理活动的维持与调节非常重要。2.2.1抗氧化作用抗氧化肽存在于动物肌肉中的肌肽，可在体外抑制被铁、血红蛋白、脂质氧化酶和单肽氧催化的脂质氧化作用。某些肽和蛋白水解物可起着重金属清道夫作用和过氧化氢分解促进剂的作用，因而可降低自氧化速率和减少脂肪过氧化氢含量。抗氧化活性肽添加于肉制品中可预防氧化性脂肪酸败，作为防腐剂在食品和动物饲料中有广阔的应用前景。2.2.2抗高血压活性抗高血压肽主要是通过抑制血管紧张素-I转换酶，进而影响肾素-血管紧张素-醛固酮系统来实现对血压影响的。一般认为，抗高血压肽的C末端的Pro、Phe和Tyr或序列中含有的疏水性氨基酸是维持高活性所必需的。对二肽来说，N末端的芳香氨基酸与血管紧张素的结合是最有效的。已知的抗高血压肽大致有四种来源：来自乳蛋白的肽类；来自酸乳的肽类；来自鱼贝类（沙丁鱼、金枪鱼）的肽类；来自植物的肽类（玉米醇溶蛋白、无花果）等。2.2.3抗菌活性抗菌肽常见于从动物、植物、微生物体内分离或免疫昆虫获得，多数是50个氨基酸以下的碱性或正离子肽，富含Lys和Arg。具有亲水性和亲脂性，亲水性使其溶于体液，亲脂性使其与细菌细胞膜结合，使敏感细菌的细胞膜下形成小孔，致使细胞泄露，导致生长受抑直至死亡。从乳链球菌中提取出来的乳链球菌素是目前唯一被允许使用于食品防腐且对人体安全的天然防腐剂。从乳铁蛋白中分离出来的抗菌肽具有拮抗产肠毒素大肠杆菌和李斯特杆菌的作用。抗菌肽在体内还不容易产生耐药性，因此有着广泛的应用前景。2.2.4降胆固醇作用研究发现，大豆多肽具有降低血清胆固醇的作用，与大豆蛋白相比具有特殊的优点。对于胆固醇值正常的人，没有降低胆固醇的作用，而对于胆固醇值高的人具有降低胆固醇的作用；对于胆固醇值正常的人，食用高胆固醇含量的食品时，有防止血清胆固醇值升高的作用；使胆固醇中LDL、VLDL值降低，但不会使HDL值降低。大豆多肽的降胆固醇作用主要是通过刺激甲状腺激素分泌，促进胆固醇的胆汁酸化，使粪便排泄胆固醇增加，从而降低血液胆固醇。2.3功能性多肽的制备2.3.1食品蛋白酶解法蛋白质多肽链内部存在着许多功能区，选择不同的蛋白酶进行水解，可得到不同的功能性片段，从而制备出具有各种生理功能的功能性多肽。蛋白酶水解蛋白质时，作用部位因肽键种类而异，利用蛋白酶的底物专一性可以定向获得特殊结构的功能性多肽。例如刘健敏[8]等采用两种蛋白酶AS1398和Alcalase水解大豆分离蛋白制得水解度（DH）10%～24%的大豆多肽，采用AS1398水解的DH为12%的大豆多肽产品，抗氧化活性最高，，其相对分子质量分布在1000以上的组分较多；采用Alcalase水解的DH为14%的大豆多肽产品，ACE抑制活性最高，IC50为0.144mg/mL，其相对分子质量分布大多在200～600。在国外酶解法主要是作为生物活性多肽分离提取的前处理步骤。Byun等将阿拉斯加青鳕鱼的皮肤蛋白酶解并从中分离出一种抗高血压肽，IC50为2.6µmol/L，序列为Gly-Pro-Leu。除了从蛋白质酶解物中发现并分离纯化出具有一定生理活性且功效显著的生物活性肽外，国外对蛋白酶解的研究热点还包括挖掘新的蛋白质资源及其酶解物功能特性的研究，蛋白酶解工艺的研究以及新型蛋白酶制剂的研究等。2.3.2合成法通过分析多肽中氨基酸的组分及序列，将单个的氨基酸按照一定序列排列后通过两个氨基酸之间脱水形成肽键进而合成多肽分子。在肽合成的过程中，氨基酸的羧基先被一个较强吸电子基团所取代，从而增加羧基的活性，碳原子的亲电能力也同时增强，从而使另一个氨基酸上氨基的亲和进攻过程更易而发生偶联反应，当肽键形成之后，Y1和Y2保护基团脱除[9]。其反应过程如下图1所示。图1多肽合成示意图Y1：氨基保护基Y2：羧基保护基R1，R2：氨基酸侧链多肽的合成方法主要有液相合成法和固相合成法。液相法是将所需的氨基酸或者短肽配制成溶液，其中，一个氨基酸的氨基端和另外的氨基酸或短肽的羧基端以及不参与反应的侧链基团均被化学基团保护，而参加反应的氨基酸或短肽的羧基则需进行活化，然后在溶液中发生偶联。反应完成后，再将没有参加反应的原料、活化剂等分离除去而得到纯化多肽产物。固相多肽合成法是目前普遍采用的多肽合成方法。该法的原理是将多肽序列C端的第一个氨基酸的羧基通过酯化反应固定在不溶性的树脂上，然后以此氨基酸作为氨基组分，经脱除氨基保护基团并同过量的活化后的羧基组分反应形成肽键,之后重复脱保护、缩合、洗涤操作过程以延长肽链长度,从而获得所需长度的肽链[10]。表1两种合成肽的方法比较项目液相化学合成法固相化学合成法一般规模从克到吨毫克到数十克合成肽链的长度短链至中链中链至长链序列限制无无官能团保护部分或全部保护全面保护成本高很高反应条件有害有害消旋化现象有时会发生有时会发生产品纯度高很高应用范围实验室与工业化生产实验室使用技术成熟度成熟成熟2.3.3功能性多肽的分离提取在进行分离前应先了解原料及目标肽的一些性质，用不同方法得到的活性多肽因其相对分子质量、等电点及对pH、盐、温度、酶等的稳定性等不同，其性质也不同，所以要用不同的方法将其分离纯化。目前用于功能性多肽提取的方法主要有盐析法、超滤法、电泳法、离子交换色谱法、亲和层析法、反相高效液相色谱法、毛细管区带电泳法、超速离心法、质谱法等[11]。3常见的功能性多肽目前，研究较多的功能性多肽主要有大豆肽、花生多肽、玉米蛋白生物肽及乳肽等，下面逐一介绍它们的功能性质。3.1大豆肽大豆多肽是大豆蛋白经酶解或微生物技术处理而得到的水解产物，它以3～6个氨基酸组成的小分子肽为主，还含有少量大分子肽、游离氨基酸、糖类和无机盐等成分。大豆多肽的分子质量以1000D以内为主，主要为300～700D，其氨基酸组成主要为天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、蛋氨酸等。与大豆蛋白相比，大豆多肽具有消化率高，能降低胆固醇、降血压和促进脂肪代谢的生理功能[12]，以及低过敏抗原、免疫调节、抗氧化[13]、微生物发酵功能、强健肌肉和消除疲劳作用。大豆肽是功能性膳食原料，其优良的加工性和多重生理活性为保健食品和食品工业的产品创新提供了新的动力，是目前高档的功能性膳食配料之一。随着大豆肽诸多的功能性被验证，如何对大豆肽产品进行评价成为一个亟需解决的问题。大豆肽的质量在于它的营养特性和功能特性，因此评价大豆肽质量的优劣主要依据以下几个指标：总蛋白含量、酸溶蛋白含量、相对分子质量及分布、游离氨基酸含量、卫生指标、水溶性及灰分。3.2花生多肽花生多肽花生粕或花生蛋白粉经适度水解后，分离得到的具有生物活性的肽，其中含有很多小肽，这些小肽易被人体消化和吸收，无毒副作用[14]。经研究证实，花生多肽具有以下优良特性：可由肠道不经降解直接吸收，吸收速度和吸收率比蛋白质和氨基酸都高，因而可作为肠道营养剂和以流质食物的形式提供给处于特殊身体状况下的人群；不仅提供给人体必需的蛋白营养，还能有效降低血液中的胆固醇和甘油三酯的含量，加快体内耗能，抵抗肥胖；为人体提供丰富的氨基酸，促进蛋白合成，抑制核糖核酸酶活性下降；具有抗氧化性[15]，可清除人体内的自由基和重金属，改善细胞代谢，为免疫系统制备对抗细菌和感染的抗体，提高人体免疫机能。3.3玉米肽玉米肽是玉米蛋白的酶解产物，目前利用玉米蛋白制备玉米肽的生产方法主要有酶解法、微生物发酵法。玉米活性肽的氨基酸组成中，含有大量的谷氨酸、亮氨酸、脯氨酸和丙氨酸，它们的含量约占水解物的60%左右，另外，疏水性的氨基酸也占较大的比例，约占50%-60%左右，这些组成特点也使得玉米活性肽具有多种生理功能，如降血压、抗疲劳、增强免疫、醒酒[16]等功能，另外玉米肽还能改善肝性脑病症状。随着人们对玉米肽生理功能研究的不断深入，它在食品加工尤其是保健食品的生产加工中得到越来越广泛的应用。近年来研究人员利用生物工程等技术不断研究开发出一些玉米肽功能性食品，如降血压食品、醒酒食品、护肝食品、增强免疫及增强运动能力食品等[17]。3.4乳肽乳肽来源于牛乳，可直接被肠道吸收，并在不消化的情况下释放进血液，快速产能。目前已发现的活性乳肽主要有抗高血压肽、类吗啡活性肽、抗疲劳肽[18]、抗菌肽、免疫活性肽等。抗高血压肽是具有ACE抑制作用的一类乳源性生物活性肽。最早是从酪蛋白中分离出来的，目前用不同的酶水解α-乳白蛋白和β-乳球蛋白也能分离制得具有ACE抑制作用的多肽，其中来源于酪蛋白的叫酪激肽，来源于乳清蛋白的叫乳激肽[19]。类吗啡活性肽（阿片肽）是一类具有与吗啡相似药理作用的肽类物质，具有镇静止痛、诱导睡眠、促进胰岛素和胰高血糖素分泌及延长食物在胃中的时间，从而起到抗腹泻的作用。研究发现，源自人和牛的酪蛋白的一些类吗啡肽在完整的蛋白质中没有生物活性，当它们从母体释放出来才具有活