大豆肽的研究进展及其发展前景
2012-04-12张连慧刘新旗
张连慧,贺 寅,刘新旗
(中粮营养健康研究院,北京 100020)
大豆肽的研究进展及其发展前景
张连慧,贺 寅,刘新旗*
(中粮营养健康研究院,北京 100020)
大豆肽是大豆蛋白经水解而制成的低分子肽混合物,由3~6个氨基酸残基组成,分子量在1000u以下。它具有很多优良的理化特性和生理活性,在很多领域得到了广泛的应用。文章综述了其组成、理化特性、生理活性及其在食品工业中的应用,并对其研究进展与趋势进行了分析。
大豆肽,理化特性,生理活性,食品应用
大豆肽是指大豆蛋白经蛋白酶作用或微生物技术处理后,再经过分离和精制等特殊处理得到的低聚肽混合物,其中还包括一些游离氨基酸、少量糖类、水分和灰分等[1]。大豆肽通常由3~6个氨基酸单元组成,优质大豆肽的分子量以低于1000u的为主,主要溶出峰位置在分子量300~700u范围内。与大豆蛋白相比,大豆肽往往具有更良好的物理性,如溶解性高、粘度低、流动性好、热稳定性、吸收快、利用率高等,这些均为开发大豆肽功能性保健品及食品奠定了坚实基础。大豆肽氨基酸组成与大豆蛋白基本相同,必需氨基酸平衡良好且含量丰富,还具有抗高血压、抗胆固醇、抗血栓形成、改善脂质代谢、提高免疫力、低过敏原性、抗疲劳等诸多功能,是目前大豆蛋白研究中的一个热点,生产大豆肽已成为大豆蛋白深加工的一个重要方向,大豆肽具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。
1 大豆肽的理化特性
大豆肽是淡黄色粉末,以二、三肽为主,相对分子质量小于1000u,主要组成成分为:粗蛋白>80%,水分<7%,灰分<12%,糖及其他占1%,游离氨基酸<7%。大豆肽的蛋白含量在80%以上,氨基酸组成较合理且含量丰富,含有人体必需的8种氨基酸。除蛋氨酸外,其余氨基酸的含量接近或超过WHO推荐标准,具有很高的营养价值。
1.1 高溶解性及稳定性
大豆肽的氮溶解性指数(nitrogen soluble index,NSI)达到95%以上,易溶于水,无残渣[2]。与大豆蛋白相比,大豆肽溶液不受加热、pH等因素的影响,添加到酸性溶液中不发生沉淀,仍能保持原有的生物功能。而大豆分离蛋白溶液的稳定性较差,在蛋白质等电点pH4.3附近几乎全部沉淀。
1.2 低粘度
大豆蛋白的粘度随着浓度的增加而急剧升高,这是因为大豆蛋白溶液在浓度为10%以上经高温处理时,易产生疏水键结合和二硫键结合,形成网状聚合物,使得大豆蛋白溶液粘度达9Pa·s,从而限制了大豆分离蛋白在流质食品中的添加使用。而大豆肽溶液在浓度达到65%以上时粘度只有2.2Pa·s,且溶解度高达99%以上,流动性良好[3]。
1.3 低渗透压
大豆肽溶液的渗透压值处于大豆蛋白与同一组成的氨基酸混合物之间。当一种营养液的渗透压比体液高时,就会发生人体周边组织细胞中的水分向胃肠移动的现象,这样易引起营养素吸收的恶化,由高渗透压引起的腹泻就是这个原因[4]。在5%浓度下,氨基酸混合物的渗透压为422mOsm,而5%大豆肽的渗透压为93~261mOsm。因此,大豆肽比氨基酸更易于在肠道吸收,这样就极大地减少了腹泻脱水等不适症的可能性。
1.4 高吸湿性和保湿性
大豆肽由于被水解成小的肽片断,改变了其结构,暴露了一些极性氨基酸,有吸湿性和保湿性,因此可以软化食品,调整蛋白食品的硬度,使产品质地柔软,口感改善。大豆肽可应用到豆制品、鱼肉制品、焙烤制品、糖果和蛋糕等[5-6]食品中,也可用作保湿性添加剂生产各种化妆品或洗发用品[7-8]。
2 大豆肽的生理活性
2.1 易吸收和易消化性
一般人们认为食物中的蛋白质经过胃肠蛋白酶作用后,最终以氨基酸的形式被吸收。现代生物代谢研究表明,人类摄入的蛋白质并不一定完全以游离氨基酸形式吸收,更多的是以低分子肽的形式被吸收,并且二肽和三肽吸收速度比同一组成的氨基酸快[9]。因此,大豆肽在肠道的吸收率最好,且其消化吸收性比蛋白质更佳。
2.2 降血压
血压是血管紧张素转换酶(Angiotensin Converting Enzyme,ACE)调节的。ACE可以催化无活性的血管紧张素Ⅰ转变为有活性的血管紧张素Ⅱ。血管紧张素Ⅱ具有收缩血管平滑肌的作用,从而引起血压升高[10]。
大豆球蛋白和β-伴球蛋白是大豆蛋白的两种重要组成物质。大豆球蛋白是一种分子量范围在300~ 380ku范围的六聚物,每一个亚基片段都是由二硫键将酸性肽片段和基本肽片段连接起来。大豆球蛋白中含有5种亚基,包括A1aB1a、A2B1a、A1bB2、A5A4B3、A3B4。β-伴球蛋白是一种糖蛋白,为分子量在150~200ku范围内的三聚体。主要包括α’亚基(72ku),α亚基(68ku)和β亚基(52ku)。每一个α和α’亚基都有一个半胱氨酸残基,而β亚基不具有这一特点[11]。
Kawamura等[12]从大豆球蛋白和β-伴球蛋白中分离得到具有抑制血管紧张素转换酶活性的多肽片段,包括α和α’的亚基片段FVIPAGY(苯丙氨酸-缬氨酸-异亮氨酸-脯氨酸-丙氨酸-甘氨酸-酪氨酸),ASDTLF(丙氨酸-丝氨酸-天冬氨酸-苏氨酸-亮氨酸-苯丙氨酸)和YRILEF(酪氨酸-精氨酸-异亮氨酸-亮氨酸-谷氨酸-苯丙氨酸),以及A5A4B3亚基片段DQTPRVF(天冬氨酸-谷氨酰胺-苏氨酸-脯氨酸-精氨酸-缬氨酸-苯丙氨酸)。该类大豆肽可以抑制ACE的活性,防止血管平滑肌收缩,起到降血压作用。Toshiro MATSUI等[13]通过胃蛋白酶、乳糜蛋白酶和胰蛋白酶水解得到二肽和三肽的混合物,从中分离得到了VT(缬氨酸-酪氨酸),IVT(异亮氨酸-缬氨酸-酪氨酸),SVT(丝氨酸-缬氨酸-酪氨酸)三个短肽片段。给小鼠口服该种肽,结果显示,口服后6h可以显著降低19.7mmHg收缩压。
2.3 降低胆固醇和血脂
大豆蛋白经过水解得到的疏水性多肽具有能够结合体内胆汁酸的作用,是大豆蛋白降低血中胆固醇的机理之一[14]。具有结合胆汁酸功能的大豆肽能够阻碍胆固醇的再吸收,有效地排出胆固醇,同时防止胆固醇的过多吸收。该类大豆肽对于胆固醇值高的人有降低总胆固醇的作用,而对于正常人没有降低作用,并且它还可以预防患者在食用高胆固醇时所引起的胆固醇升高。Minami等[15]研究发现大豆球蛋白中A1aB1b和A2B1a两个亚基,经水解分别得到A1a和A2两种疏水性多肽,具有强烈的胆汁酸结合能力。他们将多肽片段A1a用胰蛋白酶水解,进一步分离得到由48个氨基酸残基组成的肽片段Ile(114)-Arg(161),该肽片段具有强烈的疏水性和胆汁酸结合能力。
Satoshi NAGAOKA等[16]研究表明,PWWWMY(脯氨酸-色氨酸-色氨酸-色氨酸-蛋氨酸-酪氨酸)和VIWWFK(缬氨酸-异亮氨酸-色氨酸-色氨酸-苯丙氨酸-赖氨酸)两个肽片段能够显著降低小鼠体内的胶束溶解度并抑制胆固醇的吸收。Kim ikazu IWAM I等[17]从大豆蛋白中分解得到一种能够显著抑制胆固醇在体内降低的6肽,其氨基酸组成为(缬氨酸-丙氨酸-色氨酸-色氨酸-蛋氨酸-酪氨酸,VAWWMY)。该肽的胆汁酸结合能力与降低胆固醇药物消胆胺相当。
2.4 抗疲劳,抗焦虑
蛋白质比脂肪、糖类更易促进能量代谢,大豆肽则具有更强的促进能量代谢的效果。日本专家给小鼠饲喂大豆肽,结果表明其能刺激产热的褐色脂肪组织BAT活性,促进能量代谢。伏木等给游泳的小白鼠服用5%大豆肽饮用水,发现比饮用自来水的小鼠体内脂肪含量明显减小,而运动能力明显增强[18]。过度肥胖会引起许多疾病,但节食减肥又会对身体造成伤害,因此在减肥过程中保持氮平衡非常重要。大豆肽能活化交感神经,促进脂质代谢,在保证足够氮摄入的基础上,将其余能量组分降至最低,减少脂肪的储存,既可达到减肥的目的,又可保证机体的体质[19]。小松等日本学者给小儿肥胖患者食用大豆肽,可减少皮下脂肪和增加饮食诱导产热,并与基础代谢提高有关联[20]。运动员运动时需要消耗大量的能量和蛋白质,运动前、中、后应该提供吸收性良好的多肽作为肌肉蛋白的原料。由于大豆肽易吸收,可迅速利用,促进能量代谢,这样可以抑制或缩短体内负氮平衡的负作用,有利于恢复体力,达到抗疲劳功效。
Kousaku OHINATA等[21]从大豆β-伴球蛋白中分离得到一种多肽(soymorphin-5),实验通过对KKAy2型糖尿病小鼠进行5周的口服对照实验,结果显示能够显著降低血浆胰岛素水平,证明其胰岛素耐受能力的提高;同时血浆中甘油三酯和肝脏重量降低,因此证实soymorphin-5对血液中的葡萄糖和血脂的代谢均有促进作用。
2.5 促进发酵
大豆肽能促进乳酸菌、双歧杆菌、酵母等微生物的增殖和代谢作用,还能促进并增强面包酵母的产气作用,然而组成相同的氨基酸和大豆蛋白都无此功能。大豆肽已广泛用于发酵工业,其可以提高生产效率,增强产品风味,稳定品质,并可用于生产酶制剂。乐国伟[22]报道,大豆肽能很好地促进乳酸菌的发酵,并且在嗜酸乳杆菌脱脂发酵培养时,加入5g/L大豆肽可显著促进菌体生长发育及代谢。
2.6 促进细胞吞噬和免疫调节功能
具有促进免疫功能的活性肽通常为低分子量组成的。它们在体外参与了机体不同免疫细胞的交互作用,在体内发挥了细胞免疫和体液免疫作用。具有免疫调节功能的肽包括:糖肽,激素,免疫球蛋白的肽片段和食物蛋白的肽片段。研究发现大豆蛋白水解得到的特定大豆肽片段具有刺激细胞吞噬和免疫调节能力[23]。
例如一种经胰蛋白酶分解大豆蛋白得到的13肽片段被证实具有激发细胞吞噬作用,其氨基酸组成为M ITLAIPVNKPGR(蛋氨酸-异亮氨酸-酪氨酸-亮氨酸-精氨酸-异亮氨酸-脯氨酸-缬氨酸-天冬酰胺-赖氨酸-脯氨酸-甘氨酸-精氨酸)[24]。Yoshikawa等[25]从大豆蛋白的胰蛋白酶水解物中分离得到一个6肽片段HCERPR(组氨酸-半胱氨酸-谷氨酸-精氨酸-脯氨酸-精氨酸),其不但在体外实验中显示具有促进吞噬细胞的功能,而且在小鼠体内实验中显示具有促进吞噬肿瘤细胞的作用。
2.7 抗氧化性
迄今关于抗氧化肽作用机制研究多集中于与抗氧化肽活性密切关联的三类氨基酸(即疏水性氨基酸、抗氧化性氨基酸和酸性氨基酸)及其构象方面[26]。如Chen等[27]从大豆蛋白酶解物中纯化到6个抗氧化肽,N端都含疏水性氨基酸,氨基酸组成分别如下:VNPHDHQN(缬氨酸-天冬酰胺-脯氨酸-组氨酸-天冬氨酸-组氨酸-谷氨酰胺-天冬酰胺),LLPHH(亮氨酸-亮氨酸-脯氨酸-组氨酸-组氨酸),VIPAGYP(缬氨酸-异亮氨酸-脯氨酸-丙氨酸-甘氨酸-酪氨酸-脯氨酸),LVNPHDHQN(亮氨酸-缬氨酸-天冬氨酸-脯氨酸-组氨酸-天冬酰胺-组氨酸-谷氨酰胺-天冬酰胺),LLPHHADADY(亮氨酸-亮氨酸-脯氨酸-组氨酸-组氨酸-丙氨酸-天冬酰胺-丙氨酸-天冬酰胺-酪氨酸),LQSGDALRVPSGTTYY(亮氨酸-谷氨酰胺-丝氨酸-甘氨酸-天冬酰胺-丙氨酸-亮氨酸-精氨酸-缬氨酸-脯氨酸-丝氨酸-甘氨酸-苏氨酸-苏氨酸-酪氨酸-酪氨酸)。
3 展望
大豆肽优良的理化特性及生理营养功能,使其成为一种比大豆蛋白更为优质的新型大豆深加工产品,已在医药、食品、日用化工等领域中显示出巨大的开发应用前景。目前,在食品工业领域大豆肽已广泛应用于幼儿食品、运动员食品、焙烤食品、强化营养食品、保健食品及功能饮料中。我国大豆资源丰富,价格低廉,蛋白质含量高,是一种重要的植物蛋白资源。随着我国社会经济的发展和人们对自身健康的关注,大豆肽的研究与开发已成为国际上高科技医药食品领域的热点,是具有极大市场潜力的朝阳产业。开发大豆肽产品,不仅可以增加大豆制品的附加值,丰富大豆制品的种类,同时也为大豆加工副产物的综合利用提供了一条有效途径。
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Research advance of soy peptide and its app lication in food industry
ZHANG Lian-hui,HE Yin,LIU Xin-qi*
(COFCO Nutrition and Health Research Institute,Beijing 100020,China)
Soy pep tide is low molecular pep tide m ixture which is hyd rolyzed by soy p rotein.It is com posed of 3~6 am ino acid residues,w ith a totalmolecular weight below 1000u.Soy pep tide has many excellent physical and chem ical p roperties and physiological activities,which can be app lied in various areas.This artic le discussed the composition,physical and chem ical p roperties,physiological activities of soy pep tide and its app lication in food industry.The research situation,research level and development trend of soy pep tide were also analyzed.
soy pep tide;physical and chem ical p roperties;physiological activities;food app lication
TS214.2
A
1002-0306(2012)22-0406-04
2012-08-22 *通讯联系人
张连慧(1977-),女,博士,研究方向:植物蛋白加工应用技术。
北京市科技计划课题(D121100003112003)。