食物蛋白源生物活性肽的研究进展

胡子聪，于阿立，刘香云，周灵蝶，王进胜，房翠兰*

1. 中粮东海粮油工业（张家港）有限公司（张家港 215634）；2. 重庆市九龙坡区疾病预防控制中心（重庆 400039）

生物活性肽是一类对生命有机体具有重要生理功能的肽类功能分子，它是利用酶、微生物、酸和碱等使蛋白质水解得到的由2个或2个以上氨基酸残基组成、分子量小于6 kDa的具有特殊活性的肽类[1]，并且由于其促进健康的特性而对人类产生积极作用，如抗高血压、抗血栓、抗氧化、降胆固醇、调节免疫等[2]。研究发现多种生物活性肽，一方面它们存在于谷物类、豆物类、乳源性和水生生物的蛋白质中，另一方面是由这些食物原料经加工处理后产生，在特定食品加工过程中，如乳制品、酿酒及腌肉制品的发酵过程中，产生大量生物活性肽[3-4]。因此在查阅大量文献资料的基础上，对生物活性肽的制备方法和生理功能展开综述。

1 生物活性肽的制备方法

生物活性肽具有显著的生物活性，在食品和医药领域具有广泛的应用前景，市场上对生物活性肽的需求量也逐渐增加，因此制备活性高、产量高的生物活性肽是当前研究的热点，生物活性肽的制备方法主要包括酶解法、辅助法、发酵法。

1.1 酶解法

酶解法（EH）即利用蛋白酶催化作用蛋白质生成氨基酸和多肽的过程，木瓜蛋白酶、嗜热菌蛋白酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶和肌动蛋白酶是常用的酶。该法被广泛用于制备生物活性肽，其优点在于工艺流程简单、提取速度快、酶解条件容易控制，制备的生物活性肽性能比较稳定，在酸性条件和较高温度条件下结构保持完整。此外酶解法利用特定的蛋白酶类，可以有目的地对特定肽段进行剪切，以期获得所需功能活性的肽[5]。表1列举了采用酶解法对不同蛋白质原料制备生物活性肽，可以明显看出来自食品加工副产品的大多数蛋白质构成获得富集的生物活性肽级分的底物，这样就能减少副产物对环境所造成的污染，提高产品的附加值。通过这些食物蛋白质水解产生的生物活性肽，表现出广泛的生物学特性，如降血压、抗氧化等。

表1 不同原料酶解法制备活性肽

然而，由于食物和副产物基质结构的复杂性，酶与底物相互作用的程度有限，所需酶解时间长，难以实现最佳酶解效果和原料的最大化利用，并且易产生次级代谢产物，如苦味肽等[6]。因此近年来大量的研究工作集中在开发一种高效和工业上可行的工艺和预处理方法（如高压静水压力辅助酶解法等），以提高水解效率。

1.2 高静水压辅助酶解法

高静水压（HHP）法最早用于消灭牛奶中的微生物，近年来该方法作为一种非热加工技术，被广泛用于规模化的食品预处理工艺中。由于HHP法通过加压（100～1 000 MPa）诱导单体、寡聚体和聚集物的形成，无需添加化学试剂或使用高温，对二硫键和肽键等共价键几乎没有影响[15]，蛋白质的一级结构没有被改变，并且对食品营养成分、风味物质没有影响，能最大限度地保持食品原有的风味和营养。

采用HHP处理食品蛋白时，加压可能导致蛋白质分子结构展开，暴露出蛋白酶的靶点，提高酶水解的敏感性（如图1所示）。若在酶水解的同时或酶解之前，用HHP对食物蛋白进行预处理，可以更高效地获取蛋白质来源的生物活性肽。Boukil等[16]利用胰蛋白酶水解牛乳清蛋白（β-LG）生产活性肽，结果发现在胰蛋白酶水解前，在400 MPa下对β-LG预加压处理10 min可以改善肽谱，提高肽产率和生物活性肽的生成。HHP除了提高酶对蛋白质的水解效率外，还能改善产物肽的活性。Zhou等[17]在研究HHP和EH对银杏籽蛋白（GSPs）水解和致敏性的影响时发现，木瓜蛋白酶和碱性蛋白酶在压力300 MPa时表现出最高的GSPs水解，所得产物肽的分子量均低于10 kDa，抗原性降低95%以上。

图1 酶解法（EH）、高静水压（HHP）预处理后酶解法和高静水压酶解同时处理食物蛋白生产生物活性多肽的机理

1.3 发酵法

发酵法用于食品工业大规模生产发酵乳制品、豆类制品、鱼肉制品的发酵剂和非发酵剂细菌（如黑曲霉、米曲霉、枯草芽孢杆菌、乳酸菌等，如表2所示），在生长代谢过程中产生的蛋白酶，将活性肽片段从底物蛋白中水解释放出来，这是发酵法制备生物活性肽的基础。与利用工业酶制剂水解生产活性肽相比，发酵法的主要优势在于：发酵过程中底物蛋白既能作为菌种生长繁殖的营养物质，也是菌种分解的目标产物，这样的结构体系可减少废物排放，使资源得到充分利用；发酵过程中可对某些苦味肽基团进行修饰和重组，获得的活性肽能达到基本无苦味，可以有效运用到保健食品领域；微生物传代时间短，可以连续利用微生物代谢产生的复合酶系，释放出更多的特定活性肽，生产效率较高。

在利用发酵法时，需选择合适的菌种，控制最佳的发酵条件，如表2所示，利用不同菌种发酵，最佳的发酵条件存在差异。因此根据发酵工艺的差异，将发酵法分为固态发酵和液态发酵。在固态发酵中，选择合适的菌种进行扩大培养，得到产量多、活性好、抗杂菌能力强的发酵基团。将经过预处理的原料与发酵基团充分混合均匀，进入发酵生产过程[18]。由于固态发酵属于需氧发酵，发酵过程需要接触外界空气，容易受到杂菌的污染，因此根据不同菌种的生长繁殖特性，提供合适的营养条件，使目标菌体具有绝对的生长优势，从而抑制杂菌生长。液态发酵利用真菌和细菌进行的混合发酵，能够充分利用细菌和真菌的优势，发酵过程中产生的蛋白酶活性强，酶系丰富，发酵速度更快，与固态发酵相比，液态发酵周期短、生产效率高、菌种生长状况好，适合大规模工业化生产[19]。Torino等[20]研究扁豆液态发酵和固态发酵对生产具有抗氧化和抗高血压性质的水溶性组分的影响，试验结果显示，液态发酵产生的功能性水溶性提取物含较多总酚和抗氧化物。

表2 不同原料发酵法制备活性肽

但微生物发酵法在制备生物活性肽也有一定的缺点，如很多的产酶菌本身有毒或分泌的产物对人体有害，发酵法的关键技术就是选择合适的菌种，而已证明无毒、可用于食品研发的菌种并不多，安全问题、作用机理成为阻碍微生物发酵法制备活性肽的最大障碍。

1.4 其他方法

基因重组法合成生物活性肽就是在已知氨基酸和核酸序列的前提下，人工设计合成表达活性肽的基因，并将其与适当的载体重组，将其导入受体菌中进行诱导表达，获得目的活性肽[29]。通过这种方法得到的肽产量和纯度有很大提高，是大量获得某特定生物活性肽的有效途径之一。该法常用于新型活性肽的开发，在生物医药领域应用广阔。王东波等[30]利用基因重组技术高效制备具有促进角膜上皮细胞增殖功能的垂体腺苷酸环化酶激活肽（PACAP 27）衍生多肽RP2，结果表明，RP2纯度达96%，可有效促进角膜上皮细胞的增殖，从而有望成为一种新型角膜损伤治疗候选药物。

2 生物活性肽的生理功能

2.1 抗氧化

生命有机体在生长发育、新陈代谢过程中，由于内部因素（细胞的吞噬作用、呼吸作用等）和外部因素（暴露于辐射、污染物中）作用，体内的氧化平衡会被打破，细胞稳态受到干扰，机体会受到一定程度的氧化应激损害，并诱发多种慢性病和急性病，如动脉粥样硬化、癌症、神经紊乱和糖尿病等[31]。

抗氧化肽一般由5～16个氨基酸残基组成，并在N-末端包含疏水性氨基酸[32]，具有分子量小、结构简单、稳定性好、安全高效等特点。从食物或食品加工副产物中制备的抗氧化肽能够通过清除自由基而发挥抗氧化的作用。Mendis等[33]利用酶法制备鳕鱼皮肤明胶水解物，并分离出一种序列为His-Gly-Pro-Leu-Gly-Pro-Leu的活性肽，该肽对超氧化物、1, 1-二苯基-2-苦基肼自由基（DPPH）的清除活性最高。Ohata等[34]在对发酵肉酱中抗氧化肽分离纯化并研究其清除DPPH自由基和羟基自由基活性时发现，肉酱发酵过程中产生的三肽（Gln-Tyr-Pro）具有很强的DPPH自由基和羟基自由基清除活性，而这种高强度的抗氧化性可能与氨基酸序列中Tyr-Pro序列有关。

此外抗氧化肽还可以通过维持氧化还原平衡、提升抗氧化酶活性来降低细胞中氧化应激水平。Xu等[35]研究富硒大米蛋白酶解产物（SPHs-3）的活性时发现，用质量浓度100 μg/mL的SPHs-3处理由Pb2+暴露引起中毒的人肝癌细胞系（HepG-2）中PC12细胞和RAW264.7细胞，会使这些细胞的活力提升24.9%和23.0%，同时也会增强SOD活性和提高GSH含量，从而保护这2种细胞免受Pb2+毒害。

2.2 降血压

高血压是与脑血管、心脏和肾脏并发症紧密联系在一起的疾病。人体的血压和血管张力是由血管紧张素转换酶（ACE）对肾素-血管紧张素系统和激肽释放酶-激肽系统进行调节。从肾脏释放的肾素将血管紧张素原转化为ACE-I，ACE能将ACE-I水解为ACEII，使血管进一步收缩，导致动脉血压在中长期内增强，因此抑制ACE活性对降血压和治疗心血管疾病治疗具有显著作用[36]。

虽然利用化学方法合成的ACE抑制剂用于临床治疗已逾30年，且效果显著，但长期使用会造成干咳和血管神经性水肿[37]。天然的ACE抑制肽是预防和治疗高血压的一种有希望的替代药品。Kim等[38]以玉米麸质为原料，经淀粉消化和热变性处理后，用6种工业蛋白酶对其进行水解，得到具有ACE抑制活性的肽。蛋白质酶促水解得到的ACE抑制肽具有抗高血压活性，Yang等[39]对玉米蛋白粉进行去除淀粉的预处理之后，通过碱性蛋白酶水解，使用凝胶过滤法从样品的水解产物中分离出ACE抑制肽。应用氨基酸分析和HPLC-MS分析，确定该肽的氨基酸序列为Ala-Tyr，按50 mg/kg体重的剂量饲喂自发性高血压大鼠，2 h后观察到收缩压最大降低9.5 mm Hg。

2.3 免疫调节

生物活性肽通过调节淋巴细胞增殖、某些细胞因子的产生和刺激巨噬细胞活性对机体产生免疫调节活性[40]。这类肽主要来源于牛奶、玉米、鱼类等食品中蛋白质酶解或肠道消化[41]。由于分子量小、不具免疫原性，因此进入机体后不会诱发免疫排斥反应。Mercier等[42]通过研究乳清蛋白的酶消化物对小鼠脾脏淋巴细胞体外增殖的影响来评估它们的免疫调节特性，结果发现乳清蛋白通过胰蛋白酶或胰凝乳蛋白酶消化释放免疫活性肽，当乳清蛋白分离物浓度100 mg/mL时能显著增强淋巴细胞体外增殖。肽的理化特性，如荷点状况、亲疏水性、肽链长度、氨基酸组成等对其活性影响很大。Cian等[43]对一种红色海藻进行酶解，其产物具有高的水解度，其组成中含有天冬氨酸、丙氨酸和谷氨酸，研究该产物在体外对原脾细胞、巨噬细胞和T淋巴细胞产生的影响，结果发现这种酶解产物可促进大鼠的脾淋巴细胞增殖，降低TNF-α和其他促炎因子的产生，从而起到免疫调节作用。

2.4 其他生理功能

除了上述提到的生物活性作用之外，生物活性肽还能调节神经系统。从食物蛋白（牛奶酪蛋白、小麦面筋蛋白和血红蛋白等）中衍生出来的外啡肽，具有稳定性好、副作用小的特点。这类多肽对阿片受体具有良好的亲和力，对中枢神经系统及外周器官均起调节作用[44]。

如今营养过剩和肥胖所导致的2型糖尿病，是人类面临的主要的健康问题。二肽基肽酶IV（DPPIV）是一种丝氨酸蛋白酶，能够优先从不同底物的N末端切割X-脯氨酸或X-丙氨酸二肽，其抑制作用会降低其对胰高血糖素样肽（GLP-1）和葡萄糖依赖性促胰岛素肽（GIP）的作用，保持较低的GLP-1降解，从而达到降低血糖的作用[45]。研究发现从鱼类、海鲜、牛奶或肉类的水解产物制备的生物活性肽能够抑制DPPIV的活性，达到控制2型糖尿病的目的[46]。

3 结语

来源于食物蛋白中的生物活性肽，具有生理功能多样、安全性高、价格低廉、特异性强等优点，受到食品、医药领域的研究与关注。我国拥有大量丰富的蛋白质资源，在食品工业中，大量原料利用率不高，农副产品加工中产生的大量下脚料和工业废物中含有大量蛋白质。采用合适、高效的策略进行蛋白质的精深加工，制备生物活性肽，既可节约资源又能保护环境。未来生物活性肽的研究侧重于提高制备技术水平、延长食源性生物活性肽的保存时间及提高其稳定性等方面。