米糠蛋白肽的制备及其生物活性研究进展

肖勇生，包珍，张良，黄安全，王训斌

1. 江西省食品发酵研究所（宜春 336000）；2. 宜春市米粉制品工程技术研究中心（宜春 336000）；

近年来，随着我国经济实力的不断提升和国内物质生活的极大丰富，人口老龄化、亚健康和慢性疾病成为危害健康的主要因素。健康中国概念开始引导居民形成更好的生活习惯和摄入更健康的食品，植物基食品成为新热点[1]，一些植物基食品形成较好的市场效益。蛋白质是人类第一营养素，植物蛋白是目前最受关注的植物基组分之一，国内外相关研究表明，以米糠蛋白为原料，经蛋白酶酶解或微生物发酵等方法可制得具有生物活性的蛋白肽，其具有抗氧化（清除自由基等）、抗菌、调节免疫、降血压、低致敏等作用。我国是稻谷种植大国，稻谷经加工后产生约10%的米糠副产物，是一种量大面广的可再生资源[2]。米糠中含有丰富的营养物质，全脂米糠一般含有12%～18%蛋白质、16%～20%脂肪、12%左右灰分和14%膳食纤维，具有较高利用价值[3]。米糠作为一种廉价易得、营养丰富的稻米加工副产品，从米糠中寻求新的植物蛋白资源具有重要的现实意义。鉴于此，介绍米糠蛋白肽的制备及其生物活性研究进展，以期为大米加工副产物的综合利用提供一条切实可行的解决方案。

1 米糠蛋白肽提取方法

肽的提取方法大致分可为理化方法、酶法和生物发酵法。理化方法工艺最为简单，但其工艺难以完全控制氨基酸缺损、水解程度及产物肽的氨基酸序列等问题，存在制备的米糠蛋白肽提取率低且易变性等缺点[4]。相对而言，酶水解法和微生物发酵法的工艺条件较为温和，且能有效避免有害化学物质的带入，制得蛋白肽营养价值高，但相对于理化方法来说工艺成本较高[5]。此外，利用超声波辅助等辅助方法也能够提升蛋白肽的提取效率[6]。

1.1 理化方法

1.1.1 物理法

物理法是指完全通过设备进行物理工艺处理的一种方法，如将全脂或脱脂米糠通过胶体磨均质破碎米糠的细胞结构，使米糠蛋白肽溶出后通过膜过滤等方式提取米糠蛋白肽[7]。据报道，经胶体磨研磨，全脂米糠浆料上清液中蛋白质提取率可从20%增加到30%左右，进一步均质增加到40%左右，但蛋白肽有效提取较低，实际操作时可以考虑将物理法与其他方法联合使用。

1.1.2 化学法

化学法又叫酸碱水解法，是提取米糠蛋白最常采用的方法，通过调节酸碱度使米糠紧密结构变得疏松，并对蛋白质分子次级键特别是氢键进行破坏，使蛋白质分子表面具有相同电荷，促进结合物与蛋白质分离，提高蛋白质分子溶解率。酸碱水解法提取米糠蛋白虽然简单易行，但在碱液浓度过高的情况下，不仅使蛋白提取物的颜色深暗，影响产品风味和色泽，而且还可能产生不利反应，改变蛋白质的营养特性[8]。有报道称，在碱性条件下蛋白质的半胱氨酸和丝氨酸残基会转变成脱水的丙氨酸，与赖氨酸的ε-氨基结合形成赖氨酰胺丙氨酸。另外，高碱条件下还会产生诸如蛋白质变性和水解，加速美拉德反应，产生黑褐色物质，提取物中非蛋白质含量增加，分离效果降低等不利现象。

1.2 酶水解法

酶法提取米糠蛋白的反应条件温和，蛋白质提取率较高，且能更多地保留蛋白质营养价值，同时也避免传统理化方法提取米糠蛋白所带来的负面效应。因此，近年来国内外关于酶法提取米糠蛋白的报道较多[9]。用于提取米糠蛋白的酶主要有蛋白酶、糖酶和植酸酶等，作用机制主要是将米糠蛋白分子降解为可溶性物质，或将其从与半纤维素、植酸等形成的复合物中解聚后抽提出来。Ansharullah等[10]提出采用糖酶，破坏植物细胞壁来改善植物蛋白的提取率；也有研究表明蛋白质经不同的蛋白酶水解后，会产生不同氨基酸序列和不同分子量的多肽，表现出不同的生物活性[11]；此外，蛋白酶水解制备多肽时，还会因为某些植物蛋白中可能含有酶抑制剂而发生竞争性抑制，酶促反应速度不仅不会提高，反而会迅速下降[12]。因此酶法制备多肽时，酶的种类、用量、底物浓度、温度、pH、时间等参数都是酶法制备活性肽工艺的研究重点。Wang等[13]采用半纤维素酶和植酸酶联合使用，提取米糠蛋白，蛋白提取率可达92%，采用木聚糖酶和植酸酶降解米糠中的木聚糖和植酸，解除它们与蛋白质的相互作用，增加和改善米糠蛋白的可溶性，通过酶法处理，使米糠蛋白的提取率从34%提高到76%；王立等[14]分别采用蛋白酶、糖酶提取米糠蛋白，其蛋白提取率在60%左右。

酶具有反应的专一性，如果采用单酶作用范围局限，水解效率较低，实际操作中一般采用多酶进行水解，利用不同酶对蛋白质的酶解特异性起到协同增效作用。有研究表明[15-17]，蛋白质经多酶复合水解的产物活性明显高于相对应的单酶水解产物，而国内外多以单酶水解小米蛋白进行研究，关于复合酶水解小米蛋白制备活性肽还有待进一步研究。

1.3 生物发酵法

微生物发酵法制备生物活性肽，是指某些能够代谢产生特定目标酶的微生物来生产活性肽，微生物在发酵阶段将这些肽持续排放到体系中，具有此功效的微生物主要有枯草芽孢杆菌、保加利亚乳杆菌、植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌等，微生物高效的蛋白质水解体系有助于生物活性肽的释放，所生产的活性肽能够直接进入人体内消化系统，更容易被人体吸收，因此更加安全，应用潜力巨大[18]。郭丽娜等[19]利用枯草芽孢杆菌发酵小米糠，成功制备抗氧化活性肽；李慧娟等[20]以枯草芽孢杆菌和植物乳杆菌组成混合菌株固态发酵豆粕制备具有ABTS自由基较强清除活性的大豆肽。但是微生物发酵法也存在某些不足之处，如微生物发酵及代谢过程复杂，产物难以控制。另外，发酵体系中为微生物提供氮源、碳源等的原辅料成分较多，造成产物的分离纯化较为困难等，通过研发精确发酵控制技术、精简发酵过程是未来发展的重要方向，从而实现目标肽的高效、精确制备。

此外也有报道采用物理方法结合酶水解技术提取蛋白质，效果明显[21]，单独采用反复冻融、超声波、高速剪切和高压等工艺时米糠蛋白提取率分别为12%，15%，16%和11%，而经超声波处理和淀粉酶水解，蛋白提取率提取为33.9%，若采用蛋白酶处理则提取率可达57.8%，经高压处理同时使用淀粉酶和蛋白酶处理后提取率可达66.6%，应用效果高于纤维素酶，所以采用物理方法解除米糠蛋白的束缚对蛋白的提取也是一种很好的辅助手段。

2 米糠蛋白肽的生物活性

2.1 抗氧化

众多研究发现[22-23]，活性氧自由基造成的氧化损伤是造成机体衰老、细胞及组织损伤和细胞发生癌变的一个重要起因，因此清除超氧阴离子和羟自由基等的能力是评估肽的抗氧化值的重要指标。米糠的酶水解提取物中具有丰富的供氢体，通过对高度氧化性的自由基的还原反应可以使其连锁反应得到有效抑制，进而对自由基发挥清除或抑制作用。有研究报道表明米糠蛋白肽具有较强的自由基清除能力。周梅等[24]研究表明，随着米糠蛋白和米糠蛋白肽浓度增加，清除率增高，米糠蛋白肽在最高浓度9.6 mg/mL下DPPH清除率最大，结果为71.77%。米糠蛋白的DPPH清除率随浓度变化不大，高浓度下DPPH清除率最大为29.91%，进一步证实DPPH清除率可能与特定时间水解产生的活性片段的多少、长度和序列等有关。于国萍等[25]利用木瓜蛋白酶和风味蛋白酶双酶水解制备米糠蛋白肽，以DPPH，·OH清除率为主要指标，采用不同截留分子量（1.0×104Da和3×103Da）的超滤膜对米糠蛋白肽进行初步分离，超滤法处理得到不同分子质量的多肽，其抗氧化能力随分子质量的增大而呈现出逐渐减弱的趋势，分子质量小于3 000 Da的多肽组分RBP-Ⅲ对DPPH清除率最强。由此可知不同制备方法及分离纯化条件所得到米糠蛋白肽的抗氧化活性差别较大。

2.2 ACE抑制活性

ACE又叫高活性酪蛋白血管紧张素转化酶抑制肽，主要用于保健食品的生产，对于高血压有很好的治疗作用。众所周知，人体内的血管紧张素Ⅰ在血管紧张素转化酶的作用下生成血管紧张素Ⅱ，血管紧张素Ⅱ是己知的最高内源升压肽，ACE抑制剂能阻止血管紧张素Ⅱ的生成，因此，ACE抑制剂可作为降血压辅助剂。邹智鹏等[26]采用碱性蛋白酶水解小米米糠蛋白，并经膜分离法制备4种不同分子质量的多肽组分，研究小米米糠蛋白水解物及其膜分离组分的降血压及抗氧化等相关活性发现，小米米糠蛋白水解物的降血压活性与其分子质量大小呈负相关，研究认为＜1 kU肽组分可能作为功能性成分用于降血压相关的功能食品和保健品的开发，小米米糠蛋白水解物是降血压功能食品开发的优良原料。Chen等[27]研究也发现，利用根霉菌oryzae发酵制备的小米肽具有降低大鼠血压等功效。

2.3 免疫调节作用

研究表明，某些生物活性肽或蛋白酶解物能够起到免疫调节作用（细胞免疫为主），包括淋巴细胞增殖、抗体合成及细胞因子调节作用。这些免疫调节肽具有调节人类淋巴细胞的增殖、刺激巨噬细胞的吞噬活性、抑制某些细胞因子的产生的作用[28-29]。在人体中，细胞免疫、体液免疫及非特异性免疫是机体的3个主要免疫功能，其免疫能力主要是通过血清溶血值、免疫器官增重、脾淋巴细胞增殖、单向免疫扩散以及单核吞噬细胞吞噬能力等来反映的。何曙剑[30]研究显示，如果T淋巴细胞受到ConA的刺激，会出现母细胞增殖现象，通过对光密度值的测定可以看出，在经过为期20 d的腹腔注射和灌胃之后，米糠肽对脾淋巴细胞增殖能力会得到显著提升。张亚辉[31]通过在胰蛋白酶加酶量90 U/g、底物浓度5%、水解时间2.5 h条件下酶解米糠蛋白，其水解度达21.51%，米糠蛋白肽主要组分为分子量介于390～14 300 Da之间的5种短肽，灌胃给予高剂量米糠短肽能显著提高正常小鼠脾脏、胸腺指数及脾淋巴细胞增殖能力等免疫活性指标，呈现较强的免疫调节活性。

2.4 低致敏

由于米糠蛋白非常容易被消化吸收，极少引发过敏，因此可将其作为特殊群体食品的添加蛋白。如市面上出售的母乳化奶粉中大多都是通过添加乳铁蛋白和免疫球蛋白来增强婴幼儿的免疫力，而此类蛋白中含有抗营养因子，容易引发过敏现象，婴幼儿自身机体发育还不够成熟，因此更容易发生过敏。米糠蛋白则不含类似致敏因子，以往的报道中也没有发现婴幼儿对稻米出现过敏反应，因此可将其作为增强免疫力的蛋白资源。王文高等[32]发现采用酶联免疫吸附法对大豆分离蛋白和米糠蛋白进行抗原性试验，结果发现大豆分离蛋白具有更强的抗原性，而米糠蛋白表现出很低的抗原性；利用大米蛋白过敏患者血清中特异性IgE与过敏原相结合的特点，检测大米蛋白中各组分的抗原性，从盐溶性的蛋白中分离出分子质量为16 000，15 500和14 000 U的过敏性蛋白，其等电点分别为pH 6.3，6.5和7.9，并指出过敏成分主要为清蛋白。Izumi等[33]推断出16 000 U过敏蛋白的二硫键连接方式为5个分子内二硫键的存在使该蛋白质的多肽结构保持相对的稳定，具有很高的耐热性，不易被蛋白酶分解[31]。

3 结语与展望

动物蛋白因含有易导致心血管疾病的饱和脂肪酸和胆固醇，而使其摄入量受到限制。相对于动物蛋白来说，植物蛋白不仅资源丰富、廉价，尤其是某些植物蛋白肽还具有独特的生理功能，可以被用作某些药物替代品或者食品添加剂[34]，因此得到营养学界的极大关注。米糠蛋白作为一种兼顾环境和经济效益的植物性副产资源，具有其他植物蛋白无法比拟的低过敏性和高蛋白质生物价特性。米糠蛋白肽已知的营养标签[35]有低过敏源、素食、高BCAA、非转基因、无激素、无溶剂残留、低嘌呤。我国关于提取米糠蛋白肽的研究和报道很多，但是距离成熟的工业化生产还有一段距离，因此，对于像我国这样米糠资源丰富的国家来说，米糠蛋白的开发利用具有重要的现实意义与广阔的应用前景，充分利用该蛋白资源，开发制备具有特定生理活性的米糠蛋白肽，对于提升大米精深加工利用水平和功能食品开发等具有重要意义。