火麻蛋白加工特性、改性及其活性肽研究进展

卫 萍, 游向荣, 张雅媛, 周 葵, 李明娟,王 颖, 刘国明, 韦林艳, 印 崇

(广西壮族自治区农业科学院农产品加工研究所1,南宁 530007)

(广西果蔬贮藏与加工新技术重点实验室2,南宁 530007)

(川北医学院附属医院检验科&院士专家工作站&表观遗传与RNA药物研究室3,南充 637000)

(川北医学院检验系&转化医学研究中心4,南充 637000)

火麻(Hemp)是桑科植物大麻(CannabissativaL.),一种药食同源油料植物作物,在某些地区又称作汉麻、线麻等。中国是火麻的发源地,历史超过3 000年[1]。在广西、云南、辽宁、吉林、四川等地均有火麻种植[2],并形成较为稳定的种植基地,长期以来,火麻在食品中的应用主要是火麻油脂的开发。

火麻蛋白是火麻中含量仅次于油脂的第二大成分,质量分数为20%～30%,其中麻仁球蛋白占65%,白蛋白占35%,研究表明:麻仁球蛋白是类似人体蛋白的植物蛋白,特别适宜满足人体细胞需求(比如DNA修复);白蛋白可以保护肝脏和肾的健康[3]。火麻蛋白氨基酸组成比值合理、效价均衡[4-5],被营养学家称为“优质完全蛋白”[6],其∑EAA/∑NEAA值符合联合国粮食及农业组织(FAO)理想模式[4,7,8],营养价值可与大豆蛋白媲美[9]。而且火麻蛋白味道清新香醇、美味可口、不含色氨酸抑制因子、更易于人体消化和吸收;不像大豆类食品含寡聚糖,易导致胃胀和反胃[10]。越来越多研究表明:火麻蛋白有益于降三高(血压、血糖、血脂)、抗疲劳、改善贫血、调节肠道菌群平衡以及提高人体提高免疫力等[11-19]。这与火麻蛋白特有的氨基酸配比、大麻二酚等酚类物质以及功能活性因子有关[13]。目前,火麻蛋白主要是从火麻籽榨油后的麸粕中获取,由于对火麻蛋白加工特性缺乏深入了解,提取、改性方法的局限性、加上火麻蛋白某些功能特性及作用机理也不是很明确,导致火麻蛋白作为蛋白基料缺乏高附加值产品,限制了其在食品工业领域的应用[20]。

近年来,国内外针对火麻蛋白的基础和应用研究取得了一些进展,但火麻蛋白仍未得到充分的开发利用,缺乏高值化精深加工产品,未来向更高端的研究和应用很有必要。本文综述了火麻蛋白加工特性及其改性,功能活性肽及其作用机制研究进展,为火麻蛋白资源的高值化利用奠定理论基础,为我国优质植物基蛋白资源的补充供应、新型保健功能性食品的开发利用提供参考。

1 火麻蛋白的加工特性及其改性

1.1 火麻蛋白的加工特性

在对火麻蛋白的研究和开发应用过程中,加工特性尤为重要。火麻蛋白的加工特性是由蛋白质本身结构组成决定的,主要体现在溶解性、乳化性、凝胶性、稳定性等(表1),这些加工特性影响火麻蛋白的应用。

表1 火麻蛋白的加工特性

1.1.1 溶解性

蛋白质溶解性是发挥其他加工特性的基础。溶解性与等电点(pI)有关,通常表现为“等电点附近溶解度最低,偏离等电点溶解度增强”[21]。与大豆蛋白相比,火麻蛋白缺少7S蛋白,较高含量的疏基易形成分子间二硫键,导致蛋白质分子在酸性和中性条件下易聚集沉淀[22]。火麻蛋白的等电点为pH=5.0,此时有最小的溶解度,溶液中分子间作用力减弱,蛋白质分子因没有相同电荷的排斥而凝聚沉降。在偏酸和偏碱性条件下溶解度都会增加,尤其是在碱性条件下,随着pH值的升高,火麻蛋白溶解度的增加非常显著,当pH在7.0～11.0时,未脱壳火麻蛋白的溶解度从6.96%迅速增加到90.70%。这是因为偏离等电点越远,蛋白质所带的净电荷越多,蛋白质不容易发生聚集,从而使得溶解度增加[4]。此外,溶解性还受分离方法影响,研究发现采用碱提/酸沉法和盐溶/盐析法两种方法对火麻仁蛋白进行提取分离,得到碱提蛋白和盐提蛋白,二者虽具有相似的U型溶解性曲线,但是分离蛋白的等电点不同,碱提蛋白等电点为pH=6.0;而盐提蛋白等电点为pH=7.0。即使在相同pH值条件下,二者的溶解性也存在较大的差异[23]。Dapcˇevic′-Hadnaev等[24]研究发现胶束化法分离蛋白变性较小,比碱萃取/等电沉淀法蛋白具有更高的溶解度。

1.1.2 凝胶性

凝胶特性是食品蛋白质的重要功能特性之一,蛋白质的凝胶行为及其流变性质是形成某些食品如布丁、果冻、甜点和肉类配方等独特的质构、感官和风味的决定性因素。火麻仁蛋白的主要成分是11S蛋白,其具有较高的凝胶性,易加工成为凝胶类食品[20]。凝胶性易受蛋白质大小、结构、柔韧性、分子间相互作用、其他氨基酸的疏水性和结构分布等其他因素的影响[29]。研究显示,高强度超声处理火麻蛋白,由于空化作用使得埋藏在火麻蛋白内部的疏水基团和巯基暴露出来,蛋白表面疏水性增强,蛋白结构弹性增加,颗粒尺寸的减小,有助于形成凝胶的三维网络结构,导致形成蛋白凝胶的最低凝胶浓度值(LGC)较低[27]。

1.1.3 起泡性和泡沫稳定性

蛋白质的起泡性在食品领域有重要应用。蛋白质的起泡特性取决于其在空气-水界面上容易吸附、在界面上经历快速构象变化和重排以及通过分子间相互作用形成黏弹性膜的能力,其影响因素主要有蛋白浓度、溶解度和表面疏水性等[26]。与其他植物蛋白相比,碱提酸沉法获得的火麻蛋白的起泡性和起泡稳定性较低,分别为9%、7%左右,研究认为,较低的起泡性与起泡稳定性主要原因与其在中性条件溶解度较低有关[4],但通过一定的制备和处理手段,火麻蛋白的起泡性能可大幅提升,研究发现通过水酶法制备的火麻蛋白,未经酸浸超声预处理(AEP-HPM)和经酸浸超声预处理的火麻粕蛋白(PAEP-HPM)起泡性处于较高水平,分别为118.33%和125.69%[30]。此外,经过干燥的火麻粕蛋白也有优异的泡沫性能[31]。

1.1.4 乳化性和乳化稳定性

乳化活力指数(EAI)和乳化稳定性指数(ESI)两个指标常用来判定蛋白质的乳化性能。与大豆分离蛋白相比,火麻蛋白的的乳化活性较差。pH为3.0～8.0时,火麻蛋白的EAI和ESI在各pH条件下均显著低于大豆分离蛋白。并且EAI和ESI曲线与这2种蛋白的溶解度曲线图类似。原因一方面与火麻蛋白的溶解度相对较低有关,较低的溶解度使火麻粕蛋白向油水界面移动的能力减弱,油水界面蛋白浓度下降,进而导致乳化活性不佳,但是乳化稳定性相对较高[32]。另一方面,研究发现:当pH>7.0时,火麻蛋白溶解度值显著高于pH在4.0～7.0范围内的溶解度值,但其EAI值提高并不显著。原因可能是EAI不仅受溶解度影响,还受蛋白质表面疏水性、聚集状态等参数的影响[25],蛋白质的疏水性增加,表面张力降低,乳化活力指数上升。研究发现脱壳处理也影响火麻蛋白的乳化稳定性,脱壳和未脱壳火麻蛋白在中性条件下乳化性能相近,二者无显著差异,两种火麻蛋白在中性条件下溶解度都很低,可能是二者乳化性相近的原因;但脱壳火麻蛋白乳化稳定性显著高于未脱壳火麻蛋白(P<0.05),乳化稳定性的差异主要与未脱壳火麻蛋白多酚含量较多有关,当温度升高时,多酚与蛋白质的亲和力减弱,使得多酚-蛋白复合物的结构发生改变,从而造成了2种蛋白质乳化稳定性的差异[33]。此外,分离方法也影响蛋白乳化性质,Dapcˇevic′-Hadnaev等[24]研究碱萃取/等电沉淀法和胶束化(盐萃取)法两种不同方法分离火麻蛋白,发现它们具有不同的乳化作用和乳化稳定性机制。胶束(盐萃取)法的蛋白体系,仍能保持蛋白天然状态,小乳状液滴之间具有足够静电斥力。碱萃取/等电沉淀法获得的蛋白乳液体系,与pH有关,适宜的分离pH值有助于蛋白质结构的展开,疏水位点和巯基的释放,从而在乳化过程中形成连续的蛋白聚合物。并且在蛋白浓度较低(0.25～0.75 mg/100 mL)时,主要的作用为吸附在液滴上的蛋白质之间的相互作用,其影响桥接絮凝。而当蛋白浓度较高(1.5 mg/100 mL)时,液滴表面吸附蛋白与未吸附蛋白之间的相互作用以及连续相的蛋白质-蛋白质相互作用普遍存在,前者导致乳化液滴尺寸的增大和不稳定,后者影响絮凝体瞬态网络的形成并增加了连续相的黏度,从而有助于乳化液的稳定性。

1.1.5 持水性和吸油性

蛋白质的持水性和吸油性是指蛋白质能够在一定条件下截留水或油脂的能力。蛋白质的持水性和吸油性是重要的功能特性,高持水性的蛋白质可有效防止面包、饼干等烘焙食品的表皮过快地干裂,也可以保证粉末等产品适当的吸湿性与分散性;而吸油能力在很大程度上影响食品的外观、色泽和口感,优异的持油性可以保留食品中部分风味物质,提高产品品质。影响蛋白质的持水性和吸油性的因素主要有离子强度、温度、表面疏水性和变性程度等[30]。火麻蛋白的持水性小于大豆分离蛋白,吸油能力与大豆分离蛋白基本一致,其持水性较差主要原因是在中性pH条件下,蛋白质的极性基团被掩埋在聚合物的内部,导致蛋白质易聚合[34]。Aletor等[35]研究发现持水性在1.49～4.71范围内的蛋白可用于较黏稠的食品体系,如肉汁和汤中,火麻蛋白的持水性主要集中在3～4,说明其也可以应用于较黏稠的汤汁等食品体系。

1.2 火麻蛋白的改性

蛋白质作为一种食品添加剂加入到食品中,不仅可以提高产品的营养价值,还可以改善食品的感官质构。但由于天然火麻蛋白本身的某些加工特性如溶解性、持水性和起泡性等较差,限制了其在食品领域的应用。因此,探索有效的改性方法,提高其溶解性,争取最大限度地发挥其加工特性,可提高其功能性、扩大其应用范围。蛋白质改性是指采用物理、化学、生物等手段,使蛋白质的聚集状态、表面结构发生改变、分子肽链被修饰、蛋白质被降解,从而功能性质得以改善[22],表2总结和比较了不同火麻蛋白改性方式及改性效果。

表2 火麻蛋白改性及其效果

1.2.1 火麻蛋白的物理改性

物理改性是通过高压、超声波、微波等处理,对蛋白质结构或聚集状态的改性。一般而言,物理改性不破坏蛋白一级结构,蛋白质肽链完整性得以保持,只对蛋白质的空间构象、微观结构和分子聚合程度产生影响。近些年,物理改性因其绿色、安全、成本低、营养价值破坏小等优点广泛应用于改善植物蛋白功能特性方面[36],但目前对火麻植物基蛋白物理改性主要集中在超声波和热处理。

超声处理能改变蛋白的功能特性,处理后蛋白质分子之间碰撞几率增加,破坏了蛋白质的聚集状态,使大颗粒的蛋白聚集体解聚成粒径较小的蛋白分子,增强了蛋白质在水中可压缩性,使蛋白更易分散在水中;且超声处理破坏了蛋白质的结构,部分二硫键被破坏,使得更多的活性位点暴露,游离巯基含量增加,蛋白质-水的相互作用增强,蛋白溶解性增加。相比于未经超声时的溶解性1.57%,超声功率400 W处理20 min后火麻蛋白的溶解性提高到11.47%[22]。而高强度超声处理,火麻蛋白溶解度可大幅度提高到78%[27]。良好的溶解度有助于形成凝胶三维网络结构,受空化作用影响隐藏的疏水基团和巯基暴露出来,相邻分子通过氢键、疏水相互作用、二硫键、范德华力以及静电相互作用等作用力形成网状的空间结构促进了凝胶化,使得凝胶形成所需的最低凝胶浓度值下降[30,37]。另外,由于空化现象导致蛋白颗粒尺寸减小,破坏了分子间的交联,通过减小粒径增加溶解度,可以提高乳状液中蛋白质在油水界面的扩散速率,火麻蛋白的乳化性得到显著改善。另外,蛋白表面疏水性增加,促进了油脂-蛋白相互作用,火麻蛋白吸油能力也显著提高[27];此外,经超声处理蛋白的空间构象被破坏,致密的球状结构变疏松,更多的活性基团暴露出来,蛋白质肽链间的相互作用亦加强,更易在空气-水界面形成稳定的弹性薄膜,火麻蛋白的起泡性/泡沬稳定性亦显著提高[5,22,27]。

热处理也是一种有效的改性方式[28]。有研究者将火麻蛋白溶液从pH 7.0调节至pH 12.0,然后在不同的温度(20～80 ℃)条件下处理不同时间,处理结束后,降温并回调火麻蛋白溶液的pH至7.0。用这种调pH联合热处理方法对火麻蛋白进行结构修饰,发现未经处理的火麻蛋白在水中的溶解度很低(20.6%),且单独加热对其溶解度影响也很小,而经pH调节和加热联合处理,蛋白溶解度急剧增加,80 ℃加热60 min时溶解度达到97.5%。但高温处理会形成有毒物质丙氨酸(LAL),为了限制该有毒物的产生,加热温度和时间控制在60 ℃和5 min,这样LAL含量不超过100 mg/100 g蛋白质,并且部分氨基酸(半胱氨酸和赖氨酸)的损失也很小。在热碱溶液中,蛋白溶解性急剧增加可能与强静电斥力和多肽间氢键减弱有关。另外,肽键的裂解也有助于提高溶解性,主要取决于加热时间和温度。低温(20 ℃)调节pH对乳化活性影响不大;较高的温度(60 ℃)调节pH对乳化性影响较显著,一是热处理会导致部分蛋白结构展开,疏水氨基酸侧链基团暴露的增加,将会产生更强的吸油能力,从而产生更大的表面活性;二是蛋白质的溶解度提高也有利于提高乳化能力。此外,pH和热联合处理的火麻蛋白在储藏过程中,蛋白形成的乳状液在粒径和分布方面保持了良好的乳化稳定性,一方面是联合处理使疏水基团暴露更多,吸附蛋白之间的相互作用加强,在水包油体系(O/W)界面有足够的覆盖;另一方面,联合处理使界面处蛋白分子弹性的增加对乳液的稳定性也很重要[28]。

1.2.2 火麻蛋白的化学改性

化学改性是通过对蛋白质中羧基、氨基和巯基等功能性基团进行化学修饰,从而改善其功能性。化学改性方法简单,效果显著、易实现工业化,但目前火麻蛋白的化学改性研究不多,研究主要为酰基化和糖基化改性。

酰化反应改性(主要乙酰化和琥珀酰化)是一种很有效的方式,研究表明植物蛋白经乙酰化和/或琥珀酰化处理,其溶解度、持水性和持油性显著提高[38],乳化性能得到改善[39]。该方法也得以应用于火麻蛋白的改性。研究发现琥珀酰化可使火麻蛋白溶解度从30%逐渐增加到85%～90%,尤其是在酸酐水平高于0.1 g/g时,与乙酰化作用相比,琥珀酰化会促使更多可溶性蛋白质出现,使火麻蛋白溶解度提高,主要是琥珀酰化增加了蛋白的静电斥力,通过琥珀酸羧基(斥力)取代近端的氨羧基(吸引力),改变蛋白的分子构象,导致不溶性聚集蛋白分子的展开。在低酸酐质量分数(0～0.2 g/g)时,乙酰化作用能使火麻蛋白的溶解度从30%提升至50%左右,原因是分子内和分子间电荷排斥力共同促进蛋白质的展开,蛋白质-水相互作用增加。在高酸酐质量分数(>0.2 g/g)时,高度乙酰化会导致火麻蛋白溶解度降低,原因可能是疏水相互作用增加导致麻仁球蛋白分子的聚集。此外,酰化反应还可以显著改善蛋白乳化能力。在中性pH条件下,火麻蛋白的乳化活性指数(EAI)仅为22.1 m2/g,且随着酰化程度的增加,EAI呈线性显著增加。经琥珀酰化和乙酰化处理(酸酐质量分数1.0 g/g)的EAI分别为119.0 m2/g和54.4 m2/g。酰基化反应对火麻蛋白EAI指数的提高被认为与蛋白质结构的展开和疏水基团暴露有关。因此,酰化反应处理(特别是琥珀酰化)可有效修饰火麻蛋白的某些特定功能特性,尤其是溶解度和乳化能力,但是在实际操作时要注意控制酰化程度[40]。

此外,火麻蛋白与多糖结合,也能改善其乳化稳定性和持水能力。研究发现用碱提取、等电沉淀法提取的火麻分离蛋白,具有作为乳化剂的潜在应用价值,但其在储藏过程中易受外界因素影响,乳化稳定性变差。果胶具有一定的物理强度,可作为火麻蛋白的助稳剂,果胶与火麻蛋白通过静电引力形成蛋白-果胶复合物,复合物具有更多的表面电荷,同时有效阻断游离巯基(SH)基团,果胶通过连接相邻的乳化液液滴形成三维结构,可以帮助乳状液液滴在环境应力作用下保持结构完整性。提高火麻蛋白在水相中的分散性,使蛋白乳化稳定性得以保持[41]。

1.2.3 火麻蛋白的生物改性

酶法改性因工艺条件温和、反应易控制、副产物生成少被认为是一种优异、有潜力的蛋白质生物改性方式,广泛应用于改善植物蛋白溶解性、乳化、凝胶化、保水、吸油和起泡能力等功能特性,或者调整特定蛋白质的功能以满足特定的需求。然而,在某些情况下,广泛地酶修饰反而会削弱一些食物蛋白质的功能特性,甚至导致相应的水解物产生异味。因此,采用酶解修饰蛋白功能性质时,应控制水解度。迄今为止,有限酶法已被用于改善大豆[42]、向日葵[43]、燕麦麸[44]等众多植物蛋白的功能性质。Yin等[26]研究发现用胰蛋白酶对火麻蛋白进行适度酶解,尤其是当pH>7.0,可实现火麻分离蛋白溶解度的极大提高,原因在于可溶性肽从不溶性聚集体或沉淀物中释放,以及可电离氨基和羧基基团暴露数量增加,因此,有限酶法修饰是改善火麻蛋白溶解度的有效途径[45]。

2 火麻蛋白衍生肽的功能活性及其作用机制

火麻蛋白衍生肽一般通过酶解反应获取,且不同氨基酸组成的肽链具有不一样的功能活性。目前,已从火麻蛋白中获取多种生物活性肽,表3总结了近年来国内外关于火麻蛋白制备活性肽的研究进展。

表3 火麻蛋白衍生肽的功能活性及其作用机制

2.1 抗氧化活性

抗氧化肽是研究者探索较多的一种功能活性肽,抗氧化活性与氨基酸组成或序列有关,如疏水性氨基酸、芳香族氨基酸、Glu-Leu、His、Pro等[21]。火麻蛋白及其水解产物中含有较高的芳香族氨基酸(苯丙氨酸)、谷氨酸、脯氨酸等[5],因此,火麻蛋白肽具有潜在的抗氧化活性。目前已从火麻蛋白中分离获取了多种具有抗氧化活性的多肽。Tang等[46]研究了6种不同蛋白酶酶解火麻蛋白及其水解产物的抗氧化活性,得到抗氧化活性强弱取决于酶种类及水解时间。水解产物的DPPH自由基清除能力、Fe2+螯合能力与其多肽得率或表面活性值呈正相关。Lu等[47]从火麻籽副产物中提取了NHAV和HVRE-TALV 2种新型抗氧化肽,发现其对H2O2诱导的大鼠嗜铬细胞瘤PC12细胞凋亡具有保护作用。同样,林金莺[5]采用酶解和枯草芽孢杆菌发酵法水解火麻蛋白,并分离鉴定获得纯化酶解多肽(E2):Phe-Leu-Lys-Leu-Thr-Ala-Glu-Arg和纯化发酵多肽(F2):Arg-Ser-Arg-Lys-Gly-Phe-Glu-Trp-Leu-Arg-Val-Lys,他们都具有很明显抑制脂肪过氧化能力。并且这两种多肽都比它们对应的水解物清除自由基能力强;而且发酵法多肽F2对DPPH、HO˙、O2-、Fe2+的清除率比酶解法多肽E2的强。Girgih等[48]通过胃蛋白酶和胰酶酶解模拟胃肠消化获得火麻蛋白水解物(HPH),通过超滤从HPH中分离获得不同分子量肽段,研究表明,HPH和各分子量肽段组分均具有显著抑制亚油酸氧化的能力。随后,Girgih等[49]从水解物中分离获得具有较高的氧自由基吸收能力和清除DPPH、超氧自由基和羟基自由基能力的8个肽组分,证实抗氧化活性主要受肽段氨基酸组成影响,因为水解后部分疏水性氨基酸浓度较高,研究结果表明,蛋白水解物和特定大小的肽组分对治疗氧化应激相关疾病具有潜在的作用。将火麻蛋白水解物(HMH)作为食物添加到自发性高血压大鼠(SHR)的饲料中,发现日粮中HMH的存在导致幼年和SHR大鼠血浆中SOD和CAT水平均显著升高,总过氧化物水平下降。说明含抗氧化肽的蛋白水解物饮食降低了SHR大鼠体内脂质过氧化速率,提高了其抗氧化酶水平和总抗氧化能力[50]。从水解物中分离鉴定出活性最强的2个抗氧化肽:Trp-Val-Tyr-Tyr(WVYY)和Pro-Ser-Leu-Pro-Ala(PSLPA)[51]。Gao等[52]研究发现质量浓度为0.4 mg/mL火麻蛋白水解物具有较高的ABTS自由基清除能力、Fe2+螯合能力、HO·清除能力,还可以显著提高HepG2细胞活力。对水解物进行色谱纯化和LC-MS/MS鉴定得到2个潜在的抗氧化肽:Tyr-Gly-Arg-Asp-Glu-Ile-Ser-Val(YGRDEISV)和Leu-Asp-Leu-Val-Lys-Pro-Gln(LDLVKPQ)。分子对接技术显示,他们的抗氧化机制都是由于阻断了过氧化物酶的活性。火麻蛋白水解物具有潜在抗氧化性活性,将火麻抗氧化肽应用在功能性食品或治疗食品的开发中,将会提高食品的抗氧化性能。

2.2 降血压活性

Girgih等[53]研究火麻蛋白经胃蛋白酶和胰蛋白酶模拟胃肠消化水解,获得水解物并分离出不同肽段(<1、1～3 ku),水解物在体外对与血压升高相关的血管紧张素I-转换酶(ACE)和血管紧张素原酶具有显著的抑制作用,动物实验证明水解物抑制活性高于各肽段。与喂食酪蛋白相比,用火麻仁水解物喂食自发性高血压幼鼠及成年鼠,幼鼠收缩压相比对照组降低了38 mmHg;成年鼠收缩压降低了31 mmHg[54]。随后,Girgih等用HR-HPLC技术从水解物中分离出23个肽段,发现WVYY、PSLPA、WYT、SVYT和IPAGV等5个肽段给小鼠灌胃使收缩压下降效果较明显,其中WYT,SVYT和IPAGV具有抑制ACE和血管紧张素原酶的双重作用。WVYY和PSLPA只对ACE有抑制作用,抑制活性与高含量的疏水的,酸性的,支链氨基酸有关[51]。通过酶抑制动力学和分子对接研究发现WVYY对ACE抑制比WYT更高,原因是与WYT相比,WVYY具有较低的血管紧张素原酶抑制常数,对ACE的亲和力更强。分子对接研究表明,具有较低抑制常数的WVYY和SVYT多肽的抑制活性较高是由于它们与酶蛋白的非共价键作用程度较高,尤其是与活性位点残基形成更多数量的氢键[55]。同样,Orio等[56]采用高浓度盐酸水解从火麻中分离出具有ACE抑制活性的GVLY、IEE、LGV和RVR肽段。Samsamikor等[57]率先采用人体喂食和评估实验开展火麻蛋白及水解活性肽对人体的潜在降血压活性,并与酪蛋白对比。结果表明火麻蛋白及其水解物均降压显著,且蛋白水解物降血压效果更好,研究认为这与精氨酸浓度较高有关。此外,Malomo等[58]和卫萍等[59]研究考查其他酶单独或者复合酶解火麻蛋白及其水解物对ACE抑制活性,研究结果也表明火麻蛋白衍生肽具有预防高血压和动脉粥样硬化的潜力。

2.3 降血脂活性

魏连会等[60]通过动物实验发现火麻多肽对高脂饮食喂养大鼠具有一定的降脂作用。与高脂模型组相比,火麻多肽能够抑制大鼠的体质量增长,降低肝脏指数和血清中总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、谷草转氨酶(AST)、谷丙转氨酶(ALT)水平,升高高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平,降低动脉硬化指数(AI),改善大鼠血流变学指标,降低大鼠的全血黏度和血浆黏度;改善肝脏脂肪变性情况。可能原因是火麻多肽激活了TC、TG代谢通路的关键酶,进一步调节血脂代谢以达到降血脂作用,有望成为安全有效的抗高脂血症保健食品。

2.4 抗炎活性

Mahbub等[61]研究火麻蛋白水解物(HSPH)在缓解内皮功能障碍生物标志物中的作用,证实HSPH能降低人脐静脉内皮细胞黏附分子VCAM-1以及炎症因子IL-8、IL-1β和IL-12p70的产生。此外,HSPH还能降低二磷酸腺苷的血小板活化标志物CD62P的体外表达以及从健康志愿者采集血液中的H2O2氧化应激反应。表明,使用火麻作为功能性食品的成分将具有抗氧化、抗炎和对内皮功能障碍的保护作用,但是截止目前,鲜见研究者分离鉴定出具有抗炎活性特定氨基酸序列的肽段。

目前,火麻蛋白衍生的高附加值产品研究主要集中在火麻蛋白肽,包括火麻抗氧化肽、火麻ACE抑制肽、火麻蛋白肽饮料、火麻蛋白肽精酿啤酒、火麻蛋白肽发酵乳等[5,62,63],但多数还处于研发阶段,火麻肽产品还鲜见销售。

3 总结与展望

火麻作为新型植物基蛋白资源,蛋白质含量高、必需氨基酸种类齐全,火麻蛋白衍生肽已被证实具有抗氧化、降血压、抗炎等功能活性。尽管火麻蛋白的优势很多、应用前景广阔,但我国对火麻蛋白的精深加工和高值化利用起步较晚,蛋白的部分功能特性差也限制其大规模工业化生产,其应用也仅仅停留在火麻蛋白粉、火麻蛋白饮料,市面上并不常见将火麻蛋白及其衍生肽用作膳食补充剂的功能性产品。随着大健康产业的发展以及学者们对火麻蛋白生理功能及营养功能研究的不断深入,火麻将不仅是大型蛋白基配料,未来发展势必由以往的低附加值粗产品转向具有高附加值的功能保健类产品。所以未来仍需更多的研究来阐明火麻蛋白精细结构和功能之间潜在的关系,探索提高其溶解性、乳化性、稳定性等功能特性的提取分离和改性技术,完善火麻蛋白功效评价及采用细胞、动物模型开展体内体外抗氧化、缓解高血压等生理功能特性机制,开发火麻蛋白衍生肽功能性产品,这将有助于新型植物基火麻蛋白产品的高值化、产业化,开发针对特定市场、特定功能的各种火麻蛋白衍生产品以满足现代消费者对功能保健食品的需求。