绿豆蛋白与多肽理化性质及其生物活性研究进展

杜梦霞,李 璇,谢建华，谢明勇

(南昌大学食品科学与技术国家重点实验室,江西南昌 330047)



绿豆蛋白与多肽理化性质及其生物活性研究进展

杜梦霞,李 璇,谢建华*，谢明勇

(南昌大学食品科学与技术国家重点实验室,江西南昌 330047)

绿豆是一种药食同源的粮食作物,已有上千年的食用历史。绿豆中蛋白质含量丰富,水解物氨基酸含量均衡。绿豆蛋白及多肽是绿豆中主要的生物活性物质,具有多种生物活性,引起人们的广泛关注。本文从绿豆蛋白及多肽的提取方法、理化性质、功能特性、生物活性等方面对其研究进展进行了较为系统的介绍与分析,并对绿豆蛋白及多肽研究前景进行了展望。

绿豆,蛋白,多肽,氨基酸,生物活性

绿豆(Vigna radiata)又称文豆、植豆、菉豆,是豆科、蝶形花亚科豇豆属的一种被子植物,素有“食中佳品,济世长谷”之称。具有清热解毒、抗炎消肿、消暑利尿、保肝明目等功效[1]。绿豆中含有许多重要的生物活性成分,如:绿豆多糖、鞣质(单宁)、生物碱、植物甾醇等[2-3]。近年来对于绿豆的研究主要集中在绿豆多糖及小分子活性物质,随着蛋白领域研究的迅速发展及人们对于植物性蛋白需求的提高,绿豆蛋白及其多肽也逐渐进入国内外各学者的视野。研究表明绿豆蛋白及其多肽具有抗氧化、抗肿瘤、抗病毒、降血压血脂等多种生理功效[2-5]。随着蛋白质组学的研究发展,研究者发现,当人体摄入蛋白质时,大部分是以寡肽的形式被吸收利用,而仅有一小部分以游离氨基酸的形式被吸收[6-9]。部分寡肽还具有源蛋白质和游离氨基酸所不具有的独特的生理功能,如调节人体生理机能,防治疾病等[10]。因此,无论在其药用还是保健领域,对绿豆蛋白及其多肽的研究都具有广阔的市场前景。

目前,有关绿豆蛋白及多肽的报道越来越多,对他们的研究也日趋成熟。本文结合最新研究动态,就绿豆蛋白及多肽的提取、理化性质及结构特性、生物活性等方面的研究进展进行综述,并对上述研究方法进行比较分析,探讨目前存在的问题,以期为绿豆蛋白及多肽的深入研究提供科学依据。

1 绿豆蛋白的组成及理化性质

1.1 绿豆蛋白的组成

绿豆是高蛋白植物,蛋白质含量达25%～28%[9],主要含有球蛋白、清蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白,以球蛋白、清蛋白含量最多,并且清蛋白的氨基酸模式与人体接近,是一种优质的天然植物蛋白。绿豆品种、提取方法不同,可能导致蛋白的含量不同。对四种绿豆蛋白分级提取的研究发现,绿豆中清蛋白49.1%、球蛋白23.6%、谷蛋白19.42%、醇溶蛋白7.5%[11]。王鸿飞等[12]的报道中,球蛋白含量达60%以上,清蛋白25%,谷蛋白10%左右,醇溶蛋白含量最低。

在绿豆蛋白中氨基酸种类丰富,按照WHO/FAO评分,见表1。由表1可知绿豆蛋白质中的氨基酸化学评分都高于推荐值。赖氨酸被称为“第一限制性氨基酸”,在人们日常食用的谷物中含量极少[13]。但在绿豆总蛋白中赖氨酸的相对含量高达7.7%,接近鸡蛋中的含量[8-14]。王鸿飞等[12]对绿豆种子中清蛋白氨基酸组成分析研究中,赖氨酸含量为7.1%;曾志红等[15]采用碱提酸沉法对国内16种绿豆进行蛋白提取分析得出各绿豆蛋白的氨基酸组成中赖氨酸平均含量为6.3%。就赖氨酸含量的文献报道不尽相同,但是其含量都维持在一个较高的水平,由此可见绿豆蛋白中的氨基酸含量均衡,满足人体营养需求。

表1 绿豆蛋白中必需氨基酸的组成[15]Table 1 Essential acid profiles of the protein of Mung bean seeds[15]

1.2 绿豆蛋白的功能特性

蛋白质的应用范围取决于蛋白质的功能特性,其功能特性越好,应用范围越广[16]。近年来,大量研究表明绿豆分离蛋白具有较好的溶解性和起泡性,一定的保水性和乳化性,但是吸油性较差[17-19]。

溶解性是绿豆蛋白最重要的功能特性之一,影响绿豆蛋白质的溶解性的因素主要有pH、温度、蛋白种类、共存盐类等[18]。其中pH的影响最为显著,在pH3～pH8范围内,绿豆蛋白的溶解性随pH的增大呈现出先降后升的趋势。在pH接近4.6时绿豆总蛋白的溶解性最低,清蛋白也在pH为4.5左右溶解度最低[18]。pH>8.0时,绿豆分离蛋白的溶解性随pH的增加而呈缓慢地增加,表明pH=8时蛋白已大部分溶解[20]。在相同的pH变化条件下,绿豆蛋白的溶解性比大豆蛋白和椰子蛋白的溶解性要好[21]。

绿豆蛋白也具有较好的起泡性和泡沫稳定性。王金水等[19]通过研究浓度和pH对绿豆蛋白起泡性的影响,发现蛋白质浓度1%～7%时,起泡性和泡沫稳定性随浓度的升高而增加,浓度达到5%时,起泡性最强。pH对绿豆蛋白的影响则表现为不同的趋势,当pH为4.0时,起泡性能最差,只有46%,低于4.0或高于4.0时,起泡性能均增加,泡沫稳定性基本上也遵循这一变化规律。

1.3 绿豆蛋白的提取方法

在对绿豆蛋白进行提取之前,应先通过浸泡、烘干、粉碎、过筛处理[22]。绿豆蛋白提取方法的选取极其重要,提取方法直接影响蛋白质的含量以及多肽的质量。目前绿豆蛋白提取的方法主要有碱溶酸沉法、热水浸提法、超声波协助提取法、酶法提取等[23-29]。

碱溶酸沉法是目前提取蛋白最成熟的方法,乔宁等[23]通过优化碱溶酸沉法的提取条件,最终在40 ℃、pH10、料液比1∶15条件下,使蛋白的提取率达22.1%。但该法也有提取蛋白纯度低,耗时长等不足[23-27]。热水浸提法主要是为防止酸碱度过大而影响其生物活性而提出的一种蛋白提取法,王维坚等[24]利用工艺优化后的热水浸提法得到的蛋白质含量为814.1 μg/mL。但该法耗时长,蛋白提取率低,易引起蛋白变性。超声协助提取法[25]是在传统的碱提酸沉工艺上辅以新型技术的一种蛋白提取法,具有操作简单、蛋白提取率高等优点。酶法提取[26-29]效率高,蛋白提取率高,但成本较高。随着科学科技的发展,蛋白提取方法将会日趋完善,最终将会取代传统的碱提酸沉法。

2 绿豆多肽的制备及其分子量

绿豆蛋白水解物除了与绿豆蛋白具有一致的氨基酸组成之外,还具有比绿豆蛋白更优的溶解性、起泡性、乳化性[30]。绿豆多肽是介于蛋白和氨基酸的中间产物,在人体肠道更易被人体消化[31-33]。不仅如此,对于新陈代谢,人体的生长发育以及免疫调节也有很大的影响。

2.1 绿豆多肽的制备

提取绿豆多肽的方法很多,主要有酶解法、酸解法、微生物发酵法、化学合成法等[32-36]。各主要方法比较与评价见表2。

蛋白酶的选择及其酶解条件对绿豆多肽的制备以及抗氧化活性有着重要的影响。顾薇[34]等选用中性蛋白酶酶解绿豆分离蛋白,并以水解度作为参考指标,通过正交优化得出最佳酶解条件为:pH6.5、温度50 ℃、底物浓度7%、酶浓度6000 U/g、水解时间240 min,在此条件下水解度可达28.8%。何倩等[35]使用中性蛋白酶、碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶在各自最适条件下对绿豆蛋白进行酶解,以酶解液的酶解度和可溶性氮的含量为参考指标,对酶进行筛选。结果表明碱性蛋白酶水解绿豆蛋白的效果最好,水解6 h,水解度达到28.8%。孙健[36]选用四种不同的蛋白酶水解绿豆蛋白,以羟自由基的清除能力作为参考指标,结果表明中性蛋白酶对羟自由基的清除率最高,高达50%。酶的水解条件依赖于所选酶的种类,每种酶都有其合适的水解条件,酶不同,水解条件不同[36]。化学合成法技术要求较高,目前在国内基本很少使用此法制备绿豆多肽。但随着我国科技的发展,化学合成法技术难题将被攻克,此法有望取代现在广泛使用的酶解法。

表2 绿豆多肽的制备方法[32-36]Table 2 Extraction method of polypeptide from Mung bean protein[32-36]

表3 绿豆多肽的理化性质及其应用Table 3 Physical and chemical properties and application of Mung bean polypeptide

2.2 绿豆多肽的理化性质

研究表明绿豆多肽比绿豆蛋白具有更高的溶解性、吸水性、低粘度,高流动性。绿豆多肽较好的理化性质使其具有比绿豆蛋白更广泛的应用领域。绿豆多肽理化性质条件及应用见下表3。

2.3 绿豆中多肽的分子量

多肽的生物活性与其分子量具有很大关系,要对多肽的生物活性进行深入研究就必须对其分子量进行确定。

在多肽相对分子质量的测定中,多肽的提取方法、测定方法等的不同对其分子量的测定都具有一定的影响。目前,绿豆多肽分子质量的测定普遍采用超滤法和凝胶色谱法。孙健[36]等采用超滤法分离绿豆多肽得到五种分子量大小不同的组分:<1、1～5、5～10、5～30、>30 ku,并对1～5 ku的组分用SephadexG-25凝胶柱色谱进一步分离纯化后,得到分子量为3426 u和1272 u的两种组分。卢珍华[38]等利用SephadexG-15凝胶柱色谱测定绿豆多肽分子量。实验结果表明,当水解度为30%时,绿豆多肽分子量绝大多数在1 ku以下。

3 绿豆蛋白及其多肽的功能活性

3.1 抗氧化性

绿豆蛋白及多肽具有很强的抗氧化性。潘妍等[26]通过酶法提取绿豆蛋白,并对其进行体外抗氧化活性测定,发现绿豆蛋白不仅具有较高的抗氧化活性还具有美白功效。通过比较发现:绿豆多肽的抗氧化性要高于绿豆蛋白的抗氧化性。这可能是因为绿豆蛋白致密的结构不利于与自由基反应,而酶解后的绿豆肽和氨基酸能够使氨基酸侧链基团暴露,增加了其反应的可能性[39]。李琴等[40]在体外构建多种自由基体系,通过测定绿豆多肽对自由基的清除率和总还原能力,发现绿豆多肽具有较强的抗氧化活性,其抗氧化能力低于VC而高于BHT。通过对绿豆多肽的羟自由基清除率进行测定,发现绿豆多肽的羟自由基清除率达70.51%,明显高于羟自由基清除率为65.37%的大豆肽,45%左右的罗非鱼皮胶原肽以及35.41%的大米蛋白肽[41-43]。Kim等[44]研究发现发芽的绿豆比干燥的绿豆种子具有更强的抗氧化性。而Guo等[45]进一步研究发现发芽8 d的绿豆的抗氧化性是未发芽绿豆的6倍多。绿豆及绿豆蛋白本身就具有较高的抗氧化能力,通过进一步酶解绿豆蛋白,使其抗氧化能力得到不同程度的提高[46]。

3.2 提高机体免疫

绿豆是一种药食兼用的杂粮,能提高人体的免疫力。现代科学发现其主要机理在于其自身含有众多生物活性物质,如皂甙、生物碱等。近年研究发现,绿豆蛋白及多肽对提高人体免疫力,增加体质方面发挥重要的作用。用离子交换色谱分离纯化得到的绿豆亲环蛋白,具有很强的抗植物致病真菌活性[47]。绿豆多肽能明显延长小鼠常压缺氧存活时间和亚硝酸盐中毒后存活时间;能提高小鼠淋巴细胞增殖力、脾脏生成抗体细胞数、半数溶血值及巨噬细胞吞噬能力,从而提高小鼠免疫力[48]。添加绿豆多肽的运动饮料喂养小鼠,能够使小鼠体内的肝糖原增加,并使血乳酸的积累受到抑制,绿豆多肽能够提高动物乃至人体的免疫力[49]。

3.3 降血压

随着人们生活水平的提高,以高血压为代表的富贵病的产生日益引起广泛的关注。血管紧张素转换酶ACE能使血管紧张素Ⅰ转换成为血管紧张素Ⅱ,后者能使末梢血管收缩,血压升高[50]。若得不到及时有效的控制,心、脑、肾三个重要的生命器官就会受到致命性打击,从而产生严重的并发症。研究显示,绿豆蛋白有明显的降血压的功效。

随着近几年对生物活性肽的广泛研究,大豆多肽、大米多肽、胶原多肽具有抑制ACE的活性早已得到验证。目前众多研究表明,绿豆多肽能够显著抑制转换酶ACE的活性。Li[51]等绿豆多肽对自发性高血压小鼠进行灌胃实验,发现该鼠的心脏收缩压有明显的下降。李庆波等人[52]以Alcalase2.4L碱性蛋白酶为水解酶,经反向高效液相色谱,得到ACE的抑制率高达89.5%。并用RP-HPLC分离的高活性产物进行序列测定,结果有三个肽序列匹配率最高,序列分别为FLVNPDDNENL、FLVNPDDNENLRII、KDNVISEIPTEVLDL。与花生、大米分离蛋白 Alcalase 酶酶解物相比,绿豆蛋白酶解物具较强的降血压作用[53]。

3.4 其它

绿豆蛋白及多肽除了具有以上功能特性以外,还具有抗肿瘤、降胆固醇、改善肾功能等作用。绿豆中提取的笨丙氨酸氨解酶对小鼠白血病细胞有明显的抑制作用,并随酶剂量增加和作用时间延长,抑制效果明显增加[54]。此外,陈汉源[55]发现吗啡琳加亚硝酸钠诱发小鼠肺瘤和肝瘤模型的生长受不同剂量绿豆的抑制较明显,并且可以降低肿瘤细胞的大小和数量,得出结论为绿豆对小鼠的致瘤有一定的预防效果。胆固醇是导致心脑血管疾病的危险因素。胆固醇偏高的人服用含绿豆多肽的功能性食品能降低对人体有害的低密度脂蛋白(LDL)和极低密度脂蛋(VLDL),对人体有益的高密度脂蛋白(HDL)的数值则不会有什么改变[56]。另外,杨毅[57]等通过建立染铅大鼠模型,研究绿豆提取蛋白对大鼠肾功能的影响,结果发现绿豆蛋白对染铅大鼠具有一定的改善功能。

4 展望

近年来,随着国内外学者对绿豆蛋白,尤其是绿豆多肽的日益重视,绿豆蛋白和多肽的生物活性及功能逐渐进入大众视野,国内外学者在提取方法、功能特性、降血压、抗氧化等方面做了大量的研究,也取得了很大的进展。绿豆蛋白及多肽作为一种极具开发价值的生物活性物质,生物活性已经被发掘出来了,但是具体的作用机制还有待进一步研究。并且绿豆蛋白及多肽的结构分析还不够系统和深入,尤其是结构与功能方面的关系鲜有报道。随着研究的不断深入以及人们保健意识的提高,绿豆蛋白质及其生物活性肽的研究与开发将会显现出更加广阔的机遇。

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Research progress in physicochemical and bioactivities of protein and peptide frommungbean

DU Meng-xia,LI Xuan,XIE Jian-hua*,XIE Ming-yong

(State Key Laboratory of Food Science and Technology,Nanchang University,Nanchang 330047,China)

Mung beanhasbeeneatenhistoricallyasherbalmedicineandgraincropforthousandsofyears. Mung beancontainsalotofproteinandbalancedcontentofaminoacidinitshydrolysate.Inrecentdecades,proteinandpeptidefrommung beanhaveattractedagreatdealofattentioninthebiomedicalfieldduetotheirvarietyofbiologicalactivities.Inthispaper,thelatestresearchdevelopmentoftheextraction,physicalchemicalpropertiesandbioactivitiesofproteinandpeptidefrommung bean,werereviewedonasystematicintroductionandanalysis,andthedevelopmentprospectofproteinandpeptidefrommung beanwerealsodiscussed.

mung bean;protein;peptide;aminoacid;bioactivities

2016-05-12

杜梦霞(1991-)，女，硕士研究生，研究方向：食品工程，E-mail：774599859@qq.com。

*通讯作者:谢建华(1982-)，男，博士，教授，研究方向：食品化学与营养，E-mail:jhxie@ncu.edu.cn。

国家自然科学基金项目(31566024)；江西省教育厅自然科学基金项目(GJJ14144)；食品科学与技术国家重点实验室青年基金重点项目(SKLF-QN-201501)。

TS201.4

A

1002-0306(2016)21-0363-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.21.062