麦胚活性成分研究进展

黄继红，陈文静，廖爱美，吕 行，赵 祎，杨璨睿，杜 军，董得平

1.河南工业大学 生物工程学院，河南 郑州 450001

2.河南科谱特医药科技研究院有限公司，河南 洛阳 471000

3.中国生物发酵产业协会，北京 100000

4.河南飞天农业开发股份有限公司，河南 鹤壁 458000

我国小麦产量居全球之首，麦胚产出量每年达1 500万t。麦胚占小麦籽粒的1.1%～3.9%，是一种营养丰富的功能性物质，其中碳水化合物的含量最高，为53.23%，包含糖16.8% (蔗糖57.6%,棉子糖37.6%,果糖和少量葡萄糖4.8%)[1]。麦胚中蛋白质含量30%左右、脂肪10%～15%、纤维1.5%～4.5%和矿物质4%[2]。麦胚中的油脂易氧化酸败，其多酚氧化酶易与酚类物质反应,导致面粉色泽发黑甚至影响面粉保质期。因此，在小麦加工过程中,麦胚常作副产物被废弃或作饲料而造成优质资源的浪费。

为深入研究并合理开发利用植物源营养资源，作者介绍麦胚蛋白类活性成分(球蛋白、清蛋白、糖蛋白、凝集素、内源蛋白酶、谷胱甘肽、降血压肽、抗氧化肽、γ-氨基丁酸)以及麦胚其他活性成分(脂类、多糖、黄酮类化合物、维生素、矿物元素)的含量、组成、提取纯化和功能特性,并对麦胚蛋白类活性成分的应用进行展望。在全面开发麦胚资源的同时不断提高小麦加工质量效益和竞争力，延伸小麦产业链、提升小麦价值链、打造小麦供应链，实现粮食安全和现代高效农业相统一。

1 麦胚主要蛋白类活性成分

1.1 蛋白质

麦胚蛋白主要包含清蛋白30.2%、球蛋白18.9%、醇溶蛋白14.0%、谷蛋白0.3%～0.4%[3]。通过pH值梯度双向凝胶电泳对麦胚蛋白提取物切离出612个蛋白质位点。同时进行肽质量指纹图谱分析，从蛋白质序列中确定347个蛋白质,并依据功能将蛋白质分成301种[4]。但此方法具有一定的局限性，分析时会造成部分蛋白质特别是疏水性和分子质量过大的蛋白质丢失。张海晖等[5]采用亚临界水萃取，在温度130 ℃、时间15 min、料液比1∶20 (g/mL)、pH 9.4条件下，麦胚蛋白的提取率42.25%。在碱提的基础上采用微波辅助的方法，可显著提高麦胚蛋白的提取率，达90%以上[6]。

1.1.1 球蛋白

目前,球蛋白大多从初乳、血清、蛋黄中获得。麦胚球蛋白的分子质量主要集中在10～180 kDa，超过5%麦胚蛋白的分子质量>100 kDa。低分子质量蛋白多，蛋白序列长度大多分布在200～1 400个氨基酸范围内。LC-MS和生物信息学相结合分析麦胚球蛋白，得到584个蛋白质组，包括1 575个蛋白，主要成分为麦胚球蛋白家族、组蛋白家族、热休克蛋白家族以及其他典型性蛋白家族和未表征蛋白，其中组蛋白家族和热休克蛋白家族是主要免疫成分[7]。碱溶酸沉法是制备麦胚球蛋白的通用方法[8]，而球蛋白的提取大多采用盐提法，在NaCl质量分数3%、料液比1∶13 (g/mL)、温度30 ℃、时间1 h的条件下,麦胚球蛋白的提取率最高。并对此组合进行验证，得到球蛋白质量为4.42 g[9]。而盐提法和碱溶酸沉法结合获得麦胚球蛋白的纯度达82.48%[10]。此外，采用分子印迹法对麦胚球蛋白进行分离纯化，分离因数达1.92[11]。脱脂麦胚球蛋白使用酶水解，可改善蛋白质的免疫调节作用，但不同的酶处理所得水解物的水解度不同。适量碱性或中性蛋白酶水解麦胚球蛋白，可明显改善蛋白的免疫活性[12]。

植物蛋白在生命活动调控中发挥着重大作用，根据麦胚蛋白全质谱定性与定量分析，通过KEGG代谢途径、GO、蛋白质等数据库，分析麦胚蛋白的水溶性提取物与系统性红斑狼疮的代谢关系，揭示麦胚球蛋白是良好的植物源免疫调节剂[13]。动物体内试验进一步显示麦胚球蛋白对小鼠的基础生理指标无显著影响，但能显著提高小鼠外周血免疫球蛋白G、白细胞介素-6的分泌，增加肠道有益菌数量，维持肠道菌群的动态平衡[14]。麦胚球蛋白能提高机体免疫力，同时具有一定的抗击炎症的作用，可显著降低经脂多糖(lipolysaccharides，LPS)诱导的RAW264.7细胞产生的炎症介质肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor-α，TNF-α)含量[15]。

1.1.2 清蛋白

麦胚清蛋白是麦胚蛋白中含量最高的蛋白质。清蛋白分子质量在100 kDa以下分布，主要由小分子蛋白组成，通过肽段逆推得到1 045个蛋白质组，包含2 224个蛋白。清蛋白在最佳提取条件(粉碎粒度0.125 mm、温度30 ℃、时间30 min、料液比1∶11 (g/mL))下，提取率达29.2%[16]。水提法、碱溶酸沉法和硫酸铵沉淀法均可制备麦胚清蛋白，在此基础上采用超声波辅助提取以及α-淀粉酶辅助酶解淀粉，同时保持低温条件以使蛋白质更易溶出，提高提取率。

采用碱性蛋白酶对麦胚清蛋白进行水解，随着水解度增加，水解产物溶解度显著提高，乳化性和乳化稳定性降低，对DPPH自由基和羟自由基的清除活性先增加至恒定值后降低[17]。此外，麦胚清蛋白采用胰蛋白酶和碱性蛋白酶水解,可制备高活性抗氧化肽[18]。

1.1.3 糖蛋白

糖蛋白存在细胞间质和细胞外液中，影响生物体各功能的正常发挥。尤其糖蛋白上的糖链，在生长发育、神经系统、免疫系统中是重要的信息分子，专一识别和调控生理过程。麦胚蛋白水提物中含有一种糖蛋白,其分子质量为4.03×107Da，离子交换和凝胶过滤柱层析将麦胚糖蛋白(wheat germ glycoprotein，WGGP)提纯，提纯后采用紫外检测法测得蛋白质含量56.4%，苯酚-硫酸比色法测得糖含量43.6%，O-糖苷键将糖与蛋白质连接，其中糖主要包括葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖和木糖[19]。

在低质量浓度(0.1～1 mg/mL)水溶液中麦胚糖蛋白具有高稳定性，同时具有高热稳定性，分解温度可达320.3 ℃[20]。蛋白质片段占糖蛋白组成的70.38%，其中谷氨酸(75.08%)是主要氨基酸，由葡聚糖校准曲线得糖蛋白的平均分子质量为1.45×104Da[20]。

1.1.4 麦胚凝集素

麦胚凝集素(wheat germ agglutinin，WGA)是促进细胞凝集的二聚体蛋白质,具有耐热性，分子质量为20 420 kDa[21]。WGA能与二糖等以上寡糖基紧密结合,其构象稳定、结合特异性强、胞外转运能力强。酸法提取法、缓冲液提取法和水提取法均可提取WGA。硫酸铵盐析、超滤法、亲和絮凝法、甲壳素亲和层析可纯化WGA[22]。雒盼妮[23]研究在饱和硫酸铵质量分数47.5%、甲壳素质量分数与粗品提取液体积分数之比1∶2、吸附时间19 h的条件下，WGA得率的理论值为92.1%，验证试验的实际提取率为92.7%。

本研究选取2016年1月～2018年3月在上海市奉贤区中医医院耳鼻咽喉科门诊部、住院部就诊的90例耳鸣患者为研究对象，三组性别、年龄、病程、患耳、治疗前耳鸣程度等方面比较，经统计学处理，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性，见表1。

目前，采用红细胞凝集法、糖复合物法、抗原抗体免疫法检测植物中凝集素含量。近年来，生物医学和生物技术的发展促使凝集素越来越多地用于识别糖复合物。1965年Aub首次利用WGA发现恶性细胞异常糖基化的作用位点[24]。WGA已被证明对胰腺癌、骨肉瘤、肝癌等具有细胞毒性[25]。Ryva等[26]分析7种膳食凝集素对血液癌的细胞毒性，表明即使在低剂量时，WGA对急性髓系白血病细胞仍发挥毒性作用。另一项研究采用荧光标记的WGA检测口腔恶性病变和体内发育不良病变，显示与肿瘤发生相关的唾液酸表达异常，并可立即检测出口腔癌变和畸形病变[27]。

1.1.5 麦胚内源蛋白酶

蛋白酶是现代食品和饲料生产中的重要物质，工业蛋白酶因混入微生物毒素存在不安全因素，而植物源蛋白酶具有安全无毒害的特性。半胱氨酸、丝氨酸、天冬氨酸和金属蛋白酶是麦胚的主要蛋白酶[28]。Yang等[29]采用不同饱和硫酸铵沉淀和色谱法纯化蛋白酶，纯化后经表征为半胱氨酸蛋白酶，其分子质量约为62 kDa。且20%～60%硫酸铵饱和度所纯化的蛋白质集中90%左右的酶活力[30]。

1.2 γ-氨基丁酸

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)不仅是一种非蛋白质组成的天然功能性氨基酸，而且是一种抑制性神经递质。李海鑫等[31]采用水浴保温孵育富集GABA，1∶6(g/mL)料液比加入柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液中，46 ℃水浴保温1.5 h后，测得GABA含量为36.78 mg/g，比原料中提高了5.51倍。进一步对其进行喷雾干燥，显示喷雾干燥后GABA含量由原料中的27.24 mg/g降至26.12 mg/g，这可能是由于喷雾干燥过程中GABA受热分解，导致含量降低[32]。

1.3 谷胱甘肽

在谷物胚芽、动物肝肾、酵母、红细胞中谷胱甘肽(glutathione，GSH)含量均较高，其中麦胚含GSH达0.465%[33]。因此，将GSH从麦胚中提取应用于保健食品，可有效利用小麦粉加工的副产物。利用紫外分光光度法、高效液相色谱法、酶法、电化学法和荧光光度法测定植物中GSH含量。陈美玲[34]优化GSH的提取工艺条件(提取pH 6.3、时间15 min、固液比1∶13(g/mL)、温度55 ℃)，测定GSH的得率和提取率分别为0.31%和72.1%。进一步采用超滤前处理结合阳离子交换树脂层析的方法可显著提高麦胚提取液中GSH纯化倍数。

1.4 麦胚蛋白改性产物

在蛋白酶的作用下，麦胚蛋白被分解产生大量活性肽，如抗氧化肽、降血压肽、降血糖肽[35]、谷胱甘肽、抗疲劳肽以及抗菌肽。麦胚蛋白酶解物可明显提高乙醇脱氢酶的激活力，可开发制备具有体外醒酒活性的麦胚肽[36]。麦胚肽的制备一般采用酶解法、水解法、合成法、直接提取法以及微生物发酵法，其中酶解法是主要的制备方法。

Zhu等[37]的研究表明麦胚多肽与锌具有较强的结合力，Wang等[38]采用超滤、层析技术、液质联用技术从麦胚蛋白水解物中分离纯化特定钙结合肽，其氨基酸序列为FVDVT(phel-vall-aspl-vall-thr)，FVDVT与钙结合能力达到89.94%±0.75%。

1.4.1 降血压肽

酶解法是最主要的降血压肽制备方式，该法作用条件温和、蛋白质营养价值破坏小、产品安全性高无副作用。除酶解法外，以壳聚糖为载体制备固定化碱性蛋白酶水解麦胚蛋白，麦胚蛋白与固定化酶的比为5∶1(g/mL)时，降血压肽得率达15.6%[39]。超声波处理辅助酶解可促进疏水性氨基酸的释放，进而提高降血压肽活性。Huang等[40]对麦胚蛋白用200～1 800 W的超声波进行预处理，响应面方法优化酶水解条件。当对麦胚蛋白600 W超声波预处理10 min，血管紧张素转化酶(angiotensin converting enzyme，ACE)抑制率增加32.14%[40]。酶水解和膜分离连续偶联制备ACE抑制肽的蛋白质转化率和肽产率显著增加了63.4%和7.1倍[41]。降血压肽的体外活性评定主要采用抑制ACE的方法测定马尿酸含量的变化，采用此法评价麦胚蛋白碱性蛋白酶解物的降血压活性，显示降血压活性最高的是球蛋白酶解物，最低的是醇溶蛋白酶解物[42]。

1.4.2 抗氧化肽

麦胚中含有多种优质蛋白，使用特定蛋白酶水解可制备抗氧化肽。目前，大多采用单酶法或双酶法水解麦胚蛋白生产抗氧化肽。对麦胚蛋白采用单酶——碱性蛋白酶水解提取抗氧化肽，优化水解条件为胚芽粕对麦胚肽的酶量为0.8%、料液比1.0∶12.3(g/mL)、酶解时间2.1 h，自由基清除效果达49.78%[43]。而采用固定化碱性蛋白酶法，在第18次酶解时抗氧化肽的相对产率达到91.47%，对自由基的清除率达到55.62%[44]。双酶酶解麦胚清蛋白步骤：胰蛋白酶限制性消化麦胚清蛋白；对活性较高组分采用碱性蛋白酶结合超滤和色谱法纯化可制备高活性抗氧化肽[43]。麦胚抗氧化肽在体外模拟胃肠消化系统中具有稳定性[45]。

2 麦胚其他活性成分

2.1 脂类

麦胚脂肪富含脂肪酸、磷脂、维生素E、甾醇、脂溶性色素和二十八碳醇等脂类物质。压榨法、有机溶剂浸出法、超临界CO2萃取技术、水酶法均可提取麦胚脂质。超临界CO2萃取麦胚油的品质高、维生素E含量高、无有机溶剂残留。亚临界丁烷萃取与传统溶剂萃取、超临界CO2萃取相比，亚临界丁烷萃取麦胚油产出率较高，为9.10%，且脂肪酸组成无显著差异[46]。微波功率600 W处理3 min可钝化麦胚内源性脂肪酶和脂肪氧化酶，明显提高麦胚油产出率，产出率为9.70%[47]。胡新娟等[48]采用碱炼脱酸工序纯化麦胚毛油，碱液质量分数6.5%、超碱量0.25%、时间35 min、温度55 ℃，能够有效降低麦胚油酸价至0.38 mg/g，磷脂量降至160 mg/kg，脱色和脱臭明显降低油脂色泽[49]。

2.0 g/kg麦胚油能明显改善动脉粥样硬化大鼠主动脉弓的病理状态，基本恢复正常状态[50]。麦胚油对环孢素A诱导的肝毒性和氧化应激具有一定保护作用,表明麦胚油不仅在血清水平上改善肝酶，而且在组织病理学上发生了变化[50]。

2.2 多糖

麦胚中多糖主要是水溶性多糖，水提法(固液比1∶5 (g/mL)、萃取温度69 ℃、重复提取3次)提取麦胚多糖，得率为8.890%±0.002%[51]。柱层析纯化分离得麦胚多糖Ⅰ(3.1%的麦胚多糖)和麦胚多糖Ⅱ(59.2%的麦胚多糖)，麦胚多糖Ⅱ主要由葡萄糖、木糖、阿拉伯糖组成[52]。Yun等[53]以麦胚粗多糖为原料，经葡聚糖凝胶过滤得到一种分子质量为4.89×106Da的多糖，探究此多糖体外免疫调节活性，发现其能引起RAW264.7巨噬细胞增殖，使淋巴细胞TNF-α和IL-8上调。体外释放试验中揭示胃肠消化使麦胚多糖糖苷键断裂，但没有导致游离单糖的释放[51]。

2.3 黄酮类化合物

黄酮类是含黄酮、黄烷醇、异黄酮及其苷的一大类化合物，是麦胚色素的主要成分[54]，预防动脉粥样硬化、帕金森病等多种病症，降低血管的脆性与渗透性，并提高免疫力。黄酮类化合物的制取主要采用溶剂浸提、超声波辅助提取、生物酶解提取法[55]。加入微生物后麦胚黄酮提取效率显著提高，利用黑曲霉在发酵过程中的代谢作用形成复合酶，使麦胚黄酮更易浸出，得率为0.163%[56]。采用冷冻过的酸化甲醇提取麦胚黄酮，并采用分光光度法在410 nm测定吸光度，得出发酵后麦胚的黄酮含量比原麦胚中增加13.34%[57]。进一步选择H103大孔树脂提纯麦胚黄酮，相比粗浸提液中黄酮纯度，提高12.26倍[58]。麦胚黄酮总抗氧活力随黄酮粗提物浓度的增加而增强，在第7天1.0 mg/mL黄酮粗提物对体外蛋白质非酶糖基化终末产物的抑制率仍达48%[59]。

2.4 维生素

类胡萝卜素是维生素A最重要的前体物质，麦胚富含叶黄素、玉米黄素和β-胡萝卜素3种类胡萝卜素。此外，麦胚的维生素含量十分丰富，维生素B1和 B2含量分别为2.1 mg/100 g和0.60 mg/100 g[60]。其中，麦胚中维生素B1含量约是大米的11倍、鸡蛋的13倍、牛肉的30倍；维生素B2含量约是鸡蛋的2倍、牛肉的4倍、大米的10倍；维生素B6和维生素PP的含量分别为1.0 mg/100 g和7.0 mg/100 g,而一般食品中不含或者很少含有这些成分[61]。

2.5 矿物元素

矿物元素是维持机体正常活动不可或缺的,特别是对儿童的生长发育。采用原子吸收光谱法和原子荧光光谱法得K、Zn、Cu、Fe、Mg、Na元素在麦胚中的含量远高于胚乳[62]。而Mg、Fe、Cu、Se、Co是麦胚中必需矿物元素的特征元素[63]。麦胚中镁100 μg/100 g，磷959.7 μg/100 g，钾2 000 μg/100 g，硒0.372 μg/100 g，含量均丰富，品种全面[60]。采用蛋白酶限制性酶解和金属离子螯合技术制备高生物利用度的麦胚肽-钙络合物，在胃中消化2 h后，钙的释放率达90%以上；胃肠中消化8 h后，溶解度为80%、透析率为43%；在植酸、草酸和膳食纤维等抑制剂存在时，其生物利用度仍保持在较高水平[64]。

3 麦胚活性成分的应用前景

3.1 含麦胚成分的保健品产业化应用现状

我国国产保健食品中含麦胚一词的批件有76条，进口保健食品中含麦胚一词的批件仅有7条，而在婴幼儿配方乳粉产品和特殊医学用途配方食品中检索关键字“麦胚”无相关批件，其中的具体配料来源未知。由表1可知，国产和进口保健食品添加的都是麦胚脂肪，所达到的保健功能相似，能够起到缓解疲劳、增强免疫力的效果，并且形成的麦胚相关保健食品大都是胶囊和软胶囊，极少开发为口服液。

表1 含麦胚成分的国产和进口保健食品比较

3.2 麦胚蛋白类活性成分的应用前景

目前，麦胚蛋白类活性成分的应用主要分3个方面：一是制备提纯麦胚蛋白，用于医药、营养品以及婴幼儿食品的开发。二是以麦胚清蛋白和球蛋白作为蛋白质源制备活性多肽，添加到功能食品中提高食品的稳定性、营养价值，延长食品储藏期，或开发具有特定功能的肽段应用于生物医药领域。三是麦胚凝集素用于诊断和预测癌症，用作修饰剂修饰抗癌药物以实现药物寻靶的准确性，从而发挥特异性抗癌作用。麦胚成分除了作为食品也被用于化妆品中，麦胚成分的“妆食同源”将成为未来发展的重要方向。利用麦胚球蛋白的免疫活性，提取分子质量分别为(55.0±3.0)、(23.0±3.0)、16.5 kDa的麦胚球蛋白并经过蛋白酶改性添加在血浆代用品后，其使用安全性提高，过敏现象减少[65]。麦胚蛋白是一种有前途的钙结合肽[19]和锌螯合肽[37]蛋白来源，用碱性蛋白酶水解麦胚蛋白钙结合量最高,为67.5 mg/g，明显提高了矿物质的生物利用度。在麦胚球蛋白中新发现一种肽Glu-Cys-Phe-Ser-Thr-Ala(ECFSTA)。ECFSTA显著增强RAW 264.7原始细胞的吞噬作用,提高其分泌NO、IL-6、TNF-α和ROS，可作一种免疫调节剂[66]。麦胚蛋白是抑制Ca2+收缩信号通路的生物活性肽的合适来源，对血管收缩性Ca2+——钙调依赖性蛋白激酶Ⅱ的活性具有抑制作用，在这一信号通路中发挥抑制作用。这为多肽在调节受损血管功能方面的预防作用开辟新的研究领域[67]。此外，添加麦胚蛋白酶解物至培养基，其重组蛋白的表达产率高于普通培养基。凝集素可与细胞表面的特定寡糖结合，可用于测定寡糖结构，而细菌、病毒和酶能识别特定寡糖的独特结构。因此，凝集素与糖的结合是在分子水平上预测病毒等与糖结合的重要模型。凝集素可作为糖尿病患者胰岛素的自动调节剂[68]。李瑞等[69]发明了一种WGA修饰的水溶性小肽聚合物纳米粒，采用鼻腔给药以绕过血脑屏障直接入脑的方式，利用WGA与鼻腔嗅区黏膜上的糖基N-乙酰-D-氨基葡萄糖特异性结合，促进细胞对纳米粒的内吞和转运，并调节上皮细胞的通透性，延长纳米粒在嗅区黏膜的滞留时间，提高摄取率。

4 展望

麦胚的开发应用前景非常广阔,根据麦胚蛋白的全谱检出结果，与多个数据库对比分析揭示麦胚球蛋白参与104条代谢通路，包括系统性红斑狼疮、酒精中毒、核糖体、剪接体、阿尔兹海默病、雌激素信号通路等，并通过体内、体外试验探究麦胚球蛋白功能作用机制[14]。我国国产和进口保健食品添加的大都是麦胚脂肪，达到的保健功能相似，极少添加麦胚蛋白等其他成分。相关产品的开发研究较少,还有以下方面有待进一步探究:在面粉加工过程中,如何采用新兴技术从小麦中高效剥离麦胚,减少麦麸和胚乳掺杂是制备麦胚活性成分的关键。目前，小麦加工厂已建立麦胚油的生产线，流通市场的大多是脱脂麦胚，还未建立完整麦胚蛋白等的生产线，因此，如何延长小麦加工产业链是减少麦胚优质资源浪费的前提。制备的麦胚蛋白常在冻藏条件下储存，其性质在不同环境下会发生变化，如何通过修饰方法对麦胚蛋白进行改性研究，以提高蛋白的稳定性有待研究。麦胚蛋白常伴有天然的谷物粮食风味被提取，若将麦胚蛋白作为婴幼儿食品的高蛋白源，如何掩蔽谷物粮食味道有待研究。麦胚球蛋白、清蛋白是一种混合物，其中具体免疫特性的成分还未知，可能是多成分共同作用。麦胚作为接近全营养的功能性食品，每种成分都有特定的功能，但是各组分之间在消化吸收过程中相互作用，如强化、促进或抑制某些功能及代谢动力学，尚不清楚。因此，建议围绕这些方面研究开发麦胚活性成分的食品新品种。开发麦胚蛋白、麦胚多肽、麦胚多糖、麦胚凝集素等功能性成分，作为主要产品或配料添加至其他产品中，以发挥麦胚各成分的功能特性是践行我国药食同源、返璞归真理念，对于麦胚资源的开发具有重大意义，是实现农副产品精深加工、延长产业链、提升价值的迫切需求。