玉米高F值低聚肽的生理功能及其制備工藝

金英姿

（新疆輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆烏魯木齊830021）

高F值低聚肽（或高支低芳寡肽）是蛋白質(zhì)酶解得到的由3個～6個氨基酸組成的寡肽，其支鏈氨基酸（BCAA，即亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸等）與芳香族氨基酸（AAA，即酪氨酸、苯丙氨酸等）的摩爾比值在20以上[1]，具有抗疲勞、改善病人的蛋白質(zhì)營養(yǎng)狀況、輔助治療肝性腦病、降低血清膽固醇以及治療苯丙酮尿癥等功能[2-4]。高F值低聚肽是一種具有高支鏈氨基酸含量和低芳香族氨基酸含量組成的小肽體系，其獨特的氨基酸組成和特有的生理功能引起食品界和醫(yī)藥界的廣泛關(guān)注[5]?，F(xiàn)代營養(yǎng)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，人類攝食蛋白質(zhì)經(jīng)消化作用后，不僅以氨基酸的形式吸收，更多的是以低分子肽的形式吸收，低聚肽（尤其是三肽或四肽）比游離氨基酸消化更快、吸收更多，表明肽的生物效價和營養(yǎng)價值比游離氨基酸更高[6]。

玉米蛋白粉是玉米濕法淀粉廠生產(chǎn)淀粉后的主要副產(chǎn)物，含有豐富的蛋白質(zhì)（蛋白質(zhì)含量60%以上），就氨基酸組成而言，它的支鏈氨基酸含量很高，其含量為常見糧、谷、豆類蛋白中最高，達(dá)24%左右。但玉米蛋白缺乏賴氨酸、色氨酸等必須氨基酸，水溶性差，使其利用價值較低，大大限制了蛋白質(zhì)功能性質(zhì)的發(fā)揮和應(yīng)用[7]。目前，國內(nèi)的玉米蛋白絕大多數(shù)作為動物飼料，或直接排放[8-9]，沒有有效利用，造成蛋白資源的很大浪費。但利用現(xiàn)代生物技術(shù)制成各種生物活性肽，開發(fā)功能食品的添加劑和特殊功能的天然藥物，有利提升玉米蛋白高附加值，提高玉米資源的利用率。

1 玉米高F值低聚肽的生理功能

1.1 抗疲勞作用

疲勞是機(jī)體復(fù)雜的生理生化變化過程。疲勞時，肌肉中的乳酸很快滲透進(jìn)入血液，使血乳酸含量上升，直到肌乳酸與血乳酸之間濃度達(dá)到平衡。當(dāng)機(jī)體疲勞時，機(jī)體組織的肌肉蛋白質(zhì)和酶開始分解而使機(jī)體受損。支鏈氨基酸主要在肌肉組織中氧化，是體內(nèi)重要的供能物質(zhì)，在特殊的應(yīng)急情況下支鏈氨基酸可直接向肌肉提供能量，所以產(chǎn)生的乳酸少，則酵解過程中產(chǎn)生的乳酸不容易在肌肉中積累，從而延緩疲勞產(chǎn)生。同時，在運動恢復(fù)期，能夠迅速消除肌肉中過多的乳酸，即能夠較快消除疲勞。低聚肽能使機(jī)體耐力增加，對運動負(fù)荷適應(yīng)能力提高[10]。對于高強(qiáng)度工作者、運動員及時補(bǔ)充支鏈氨基酸，可使機(jī)體更快適應(yīng)高強(qiáng)度的工作、訓(xùn)練和比賽。通過動物實驗證明，高F值寡肽混合物由于可直接在肌肉中代謝供能，具有抗疲勞的作用[2]。

1.2 改善病人的蛋白質(zhì)營養(yǎng)狀況

支鏈氨基酸具有促進(jìn)氮儲留和蛋白質(zhì)合成的作用，而且還是體內(nèi)重要的供能物質(zhì)。因此，補(bǔ)充外源性支鏈氨基酸可節(jié)省來自肌肉蛋白質(zhì)分解的內(nèi)源性支鏈氨基酸，具有節(jié)氮作用。同時由于低聚肽在腸道內(nèi)易消化和吸收，可作為腸道營養(yǎng)劑，患者直接從口、胃送入這種營養(yǎng)物能更迅速地恢復(fù)正常營養(yǎng)狀態(tài)。手術(shù)后和臥床病人機(jī)體往往處于負(fù)氮平衡狀態(tài)，即蛋白質(zhì)合成代謝減弱，而蛋白質(zhì)分解代謝增強(qiáng)，同時，血漿中氨基酸模式也發(fā)生改變。臨床上應(yīng)用高F值制劑，可使其機(jī)體的總體蛋白質(zhì)合成得到改善，并可改變BCAA/AAA 的比值[6，11-12]。

1.3 可輔助治療肝性腦病

肝性腦?。℉epatic Encephalopathy）又稱肝昏迷，即由于嚴(yán)重肝病引起的中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂，患者出現(xiàn)一系列神經(jīng)精神病狀，直至進(jìn)入昏迷[13]。由于支鏈氨基酸主要是由肌肉同化，而芳香族氨基酸則是在肝臟同化，當(dāng)肝臟病變時，芳香族氨基酸的同化受阻，而支鏈氨基酸則因氧化加速而消耗更為加快，因此肝臟病人必然產(chǎn)生支鏈氨基酸缺乏和芳香族氨基酸過多癥，形成低支高芳的病態(tài)血漿模式。正常人的血漿F值為3.5～4.0，肝病患者一般低于2.5，肝昏迷患者則低于1.2，深度昏迷患者甚至低于0.8[4]。大量的動物實驗和臨床證明，注射或口服高F值氨基酸混合物可使病人血中BCAA/AAA接近或大于3，并能有效地維持血中BCAA的濃度，從而糾正血腦中氨基酸的病態(tài)模式，改善肝昏迷程度和精神狀態(tài)。國外報道高支低芳寡肽制劑可供臨床應(yīng)用，具有良好效果[11]。

1.4 治療苯丙酮尿癥

苯丙酮尿癥是一種較常見的先天性氨基酸代謝紊亂的遺傳病，患兒尿液中呈現(xiàn)大量苯丙酮酸等代謝產(chǎn)物，主要是其體內(nèi)缺乏苯丙氨酸羥化酶，使苯丙氨酸不能轉(zhuǎn)化為酪氨酸或生產(chǎn)量較少，而轉(zhuǎn)化為苯丙酮酸、苯乙酸，而大量苯丙氨酸在血液、腦、脊液中積聚，與其代謝產(chǎn)物苯丙酮酸、苯乙酸對神經(jīng)系統(tǒng)會造成不同程度損害。高F值低聚肽屬于低含量苯丙氨酸的寡肽混合物，適合苯丙酮尿癥患者飲食治療[14-15]。

1.5 降低血清膽固醇

降低血清膽固醇濃度方法之一是抑制膽汁酸吸收，促進(jìn)類甾醇從糞便中排泄，如富含亮氨酸等支鏈氨基酸的高F值低聚肽，能刺激腸高血糖素分泌，從而降低血清膽固醇，同時這類肽還會增加甲狀腺素分泌，造成內(nèi)源性膽固醇代謝亢進(jìn)，增加糞便中類甾醇的排泄量，降低血清膽固醇濃度。通常植物性蛋白質(zhì)具有抑制膽固醇上升作用，玉米高F值低聚肽是由玉米蛋白制得，具有降低膽固醇作用[16]。

1.6 其他

高F值低聚肽能提高血液中丙氨酸和亮氨酸濃度產(chǎn)生穩(wěn)定的NAD+，達(dá)到有效降低血中的乙醇濃度，緩解酒醉作用[17]；高F值低聚肽相對分子量較低（分子量低于1 200），具有較低的抗原性，不會引起過敏反應(yīng)，適合對牛乳蛋白或大豆蛋白有過敏反應(yīng)的人群（嬰幼兒）[14]；高含量支鏈氨基酸制劑還能緩解和減輕運動障礙性疾病病情，降低血糖[18]；此外，高F值寡肽還有抗缺氧和抑制癌細(xì)胞增殖[11]等作用。

2 玉米高F值低聚肽制備

2.1 制備工藝路線

玉米蛋白→粉碎→脫脂脫雜→前處理→第一次酶解→滅酶→第二次酶解→滅酶→分離→去除AAA→脫鹽→濃縮→干燥→產(chǎn)品。

2.2 操作要點

2.2.1 玉米蛋白脫脂脫雜處理

玉米蛋白粉除有蛋白質(zhì)外，還含有淀粉、脂肪、胡蘿卜素、灰分和水分，利用超臨界CO2流體萃取技術(shù)進(jìn)行脫脂及脫異雜味物質(zhì)處理，使得到的玉米蛋白粉中蛋白質(zhì)含量增加，有利于酶水解的進(jìn)行。如采用CO2流量25 L/h，萃取壓力為20 MPa，萃取溫度為45℃，進(jìn)行萃取時間160 min，通過對玉米蛋白進(jìn)行脫脂脫雜處理，玉米蛋白的蛋白質(zhì)含量達(dá)90%以上、脂肪含量1.0%以下[19]。

2.2.2 前處理（增溶）

玉米蛋白質(zhì)分子具有十分緊密的立體結(jié)構(gòu)，由于氫鍵、疏水鍵、二硫鍵等作用，使肽鏈卷曲于蛋白分子內(nèi)部近似于球狀，疏水性強(qiáng)，如果直接進(jìn)行水解，玉米蛋白的水解度是很低的。因此，在進(jìn)行酶解之前，必須對玉米蛋白進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚绮捎眠€原劑處理法、加熱法、剪切乳化法、堿性條件可在不同程度上提高玉米蛋白的溶解度，通過處理使蛋白質(zhì)緊密結(jié)構(gòu)變得松散，增加蛋白質(zhì)溶解度，有利于蛋白酶的作用，提高水解度[5，20]。有研究采用0.10%亞硫酸鈉作還原劑，pH 10.0，90℃處理15 min可使玉米蛋白溶解度達(dá)到14.24%[5，20-21]。

2.2.3 雙酶水解

制備玉米高F值低聚肽的酶解一般分兩步，首先采用堿性蛋白酶進(jìn)行第一次酶解，經(jīng)資料研究表明，堿性蛋白酶對玉米蛋白的水解作用最強(qiáng)，即在堿性條件下，玉米蛋白的溶解度最大，并且堿性蛋白酶主要斷裂疏水氨基酸的C端，而疏水氨基酸在終端比在中間苦味小，第一次水解蛋白質(zhì)要求水解發(fā)生在特定的位置，使得切下的肽段的N-末端或C-末端為芳香族氨基酸。要得到支鏈氨基酸高而芳香族氨基酸低的低聚肽，第二次水解的蛋白酶選擇釋放芳香族氨基酸的蛋白酶，有肌動蛋白酶、木瓜蛋白酶、鏈霉蛋白酶，其中鏈霉蛋白酶價格昂貴，故一般從經(jīng)濟(jì)角度考慮選擇木瓜蛋白酶，利用木瓜蛋白酶切斷寡肽肽段芳香族氨基酸旁的肽鍵，釋放出芳香族氨基酸，以便于后續(xù)工藝將其除去[1，16]。

2.2.4 分離純化

為了提高F值，必須從寡肽混合物中去除AAA，目前分離氨基酸和肽的方法，如凝膠過濾法、離子交換法、活性炭吸附色譜法、膜分離法等。從工業(yè)應(yīng)用方面考慮，活性炭吸附色譜法易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，操作簡單、產(chǎn)品得率高，而且活性炭可以再生利用、成本低、容易獲得。活性炭對各種氨基酸吸附強(qiáng)度不同，對苯丙氨酸、酪氨酸有選擇性吸附特性，可將寡肽和芳香族氨基酸分離，還可吸附酶解液中的黃色素。另外，蛋白質(zhì)酶解過程中會產(chǎn)生呈苦味肽，而活性炭吸附色譜對寡肽溶液還有一定的脫苦作用[22]。

2.2.5 濃縮、干燥

低聚肽溶液采用離子交換法進(jìn)行除鹽，經(jīng)超高溫瞬時殺菌，真空濃縮，然后噴霧干燥，即可得到高F值低聚肽產(chǎn)品。

3 玉米高F值低聚肽的應(yīng)用

利用玉米高F值低聚肽可進(jìn)一步開發(fā)系列功能性食品，如作為肝臟疾病病人的營養(yǎng)食品；作為手術(shù)后的病人和腸胃功能失調(diào)患者、消化功能較弱的老年人和嬰幼兒等的營養(yǎng)保健食品；可針對高血清膽固醇患者開發(fā)降血脂的保健食品；可開發(fā)運動員食品，作為高強(qiáng)度工作者及運動員的食品營養(yǎng)強(qiáng)化劑，運動員食用高F值低聚肽食品能較快消除疲勞，恢復(fù)和增強(qiáng)體力；開發(fā)低苯丙氨酸食品，適合苯丙酮尿癥患者飲食治療；針對兒童對蛋白質(zhì)過敏的情況，還可開發(fā)適合兒童的蛋白營養(yǎng)補(bǔ)充劑；另外，還可開發(fā)醒酒食品等[16，18]。隨著對高F值低聚肽研究的不斷深入，將開發(fā)出越來越多的各種功能性食品。

4 結(jié)論

玉米高F值低聚肽是一種重要的功能性食品基料，因其具有獨特的氨基酸組成和生理功能，已成為功能性食品添加劑和肽類藥物開發(fā)和應(yīng)用的熱點。目前，對玉米高F值低聚肽的研究很多，但是在生產(chǎn)工藝過程中仍存在問題，如工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、純化方法等。因此開展玉米高F值低聚肽的研究具有廣闊的市場前景，它的開發(fā)應(yīng)用對提高玉米蛋白資源的深加工和玉米資源的利用，促進(jìn)玉米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

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