蛋白質(zhì)水解物與食品中不同組分之間交互作用的研究進(jìn)展

牛海力，孔保華，劉 騫，*，王 雪，呂 虹

(1．東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030 2．哈爾濱輕工業(yè)學(xué)校，黑龍江哈爾濱150076)

目前，利用不同蛋白資源開(kāi)發(fā)蛋白肽已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。在過(guò)去的十年中已有大量的研究表明許多蛋白質(zhì)經(jīng)過(guò)酶解后都會(huì)產(chǎn)生具有抗氧化活性的抗氧化肽，已有的研究包括乳清蛋白［1］、玉米蛋白［2］、豬血漿蛋白［3］、卵白蛋白［4］，肌肉蛋白［5］，大豆蛋白［6］，馬鈴薯蛋白［7］，以及蕎麥蛋白［8］等。而這些抗氧化肽大多屬于短肽(分子量＜1000u)，相關(guān)研究已經(jīng)表明蛋白質(zhì)深度酶解物中的短肽更容易被運(yùn)載體吸收，且吸收效率更高［9］。另一方面，這些短肽具有天然、高效以及安全性高等優(yōu)點(diǎn)，人體內(nèi)有些生物功能正是由于這些短肽發(fā)揮的生物活性，而蛋白質(zhì)和氨基酸卻沒(méi)有這樣的功能。大量研究證明蛋白質(zhì)水解物具有抗氧化活性，除此之外，蛋白質(zhì)水解物還具有許多其他的功能特性，例如能夠形成較高凝膠強(qiáng)度的凝膠、乳化脂肪、結(jié)合水分等等。因此，蛋白質(zhì)水解物與食品組分(包括蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂質(zhì)等)在實(shí)際加工條件下的交互作用以及對(duì)食品品質(zhì)的影響非常值得進(jìn)一步深入的研究和探索。本文主要介紹了不同蛋白質(zhì)來(lái)源的蛋白質(zhì)水解物與食品組分的交互作用、作用機(jī)理及其對(duì)食品功能性質(zhì)的影響，從而為蛋白質(zhì)水解物在食品中的應(yīng)用提供理論參考。

1 蛋白質(zhì)水解物與蛋白質(zhì)之間的交互作用

一般而言，蛋白質(zhì)是一種球形的分子，而蛋白質(zhì)水解物是一種靈活的線性分子，它們之間的交互作用對(duì)于細(xì)胞內(nèi)各種生化反應(yīng)，比如信號(hào)的傳遞、蛋白質(zhì)的運(yùn)輸以及酶的調(diào)節(jié)起著關(guān)鍵作用。蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)水解物的交互作用只需要一個(gè)很小的界面，因此許多反應(yīng)均可以發(fā)生。另外，將小分子的蛋白質(zhì)水解物添加到蛋白質(zhì)中也會(huì)改善蛋白質(zhì)的一些功能性質(zhì)，如起泡性和乳化性。蛋白質(zhì)水解物作為表面活性劑可以通過(guò)降低界面張力(促進(jìn)液滴破裂)和阻止聚合［10］，有助于油/水界面液滴的形成，進(jìn)而增強(qiáng)乳化穩(wěn)定性［11］，這是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)和小分子水解物之間可以通過(guò)提高靜電斥力和位阻來(lái)阻止乳化微滴間的吸引［12］。

1.1 蛋白質(zhì)水解物與蛋白質(zhì)交互作用的機(jī)理

蛋白質(zhì)水解物與蛋白質(zhì)之間的交互作用包括氫鍵、疏水相互作用等，在蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)的交互作用中疏水相互作用占主導(dǎo)地位，而蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)水解物之間的交互作用取決于二者之間疏水引力和靜電斥力之間的平衡。但是，不是所有的水解物都會(huì)與蛋白質(zhì)發(fā)生結(jié)合，這種結(jié)合是有選擇性的，而且這種結(jié)合也不全是特異性的［13］。Das等人［14］通過(guò)研究建立了一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以搜索3100種蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)水解物復(fù)合體系的結(jié)構(gòu)、序列以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同時(shí)還可以計(jì)算蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)水解物復(fù)合體系鏈間強(qiáng)的、弱的交互作用的類型，并且可視化殘基間的交互作用模式。

1.2 蛋白質(zhì)水解物與肌原纖維蛋白的交互作用

蛋白質(zhì)水解物與肌原纖維蛋白混合，可以提高肌原纖維蛋白的乳化性、凝膠性、流變學(xué)性質(zhì)以及抑制肌原纖維蛋白的氧化程度。Xiong［15］等人研究了小麥谷蛋白水解物在不同鹽離子條件下(0mol/L或0．6mol/L NaCl)對(duì)豬肉肌原纖維蛋白凝膠性和乳化性的影響，發(fā)現(xiàn)小麥谷蛋白水解物可以抑制凝膠的形成，提高了豬肉肌原纖維蛋白的乳化性。同樣，Ramírez-Suárez［16］等人將經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶處理的小麥谷蛋白與肌原纖維蛋白混合，測(cè)定肌原纖維蛋白的凝膠、流變性質(zhì)以及熱變性模式，發(fā)現(xiàn)未經(jīng)轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶處理的肌原纖維蛋白樣品在加熱后期儲(chǔ)能模量不受谷氨酸和酸提取蛋白組分的影響，而用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶處理的小麥谷蛋白樣品凝膠的彈性更好。Li［17］等人研究了在-25℃凍藏期間加入抗凍劑和乳清分離蛋白質(zhì)水解物對(duì)鯉魚(yú)肌原纖維蛋白由冷凍引起的蛋白質(zhì)氧化及肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)的變化，發(fā)現(xiàn)隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，空白對(duì)照組、單獨(dú)加抗凍劑組、加抗凍劑和乳清分離蛋白水解物組、加抗凍劑和沒(méi)食子酸丙酯組中肌原纖維蛋白羰基含量從每毫克蛋白質(zhì) 4．02nmol 分別增加到 7．25，6．31，5．26 和4．83nmol，另外，表面疏水性及濁度增加，而巰基含量、Ca-ATP酶活性、蛋白質(zhì)溶解性及熱穩(wěn)定性的下降也表明添加復(fù)合抗凍劑及乳清分離蛋白水解物可以有效的抑制肌原纖維蛋白的氧化，因此避免了肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)的改變。

1.3 蛋白質(zhì)水解物與乳清分離蛋白的交互作用

蛋白質(zhì)水解物與乳清分離蛋白混合可以提高乳清分離蛋白的起泡性和乳化性，另一方面，作為抗氧化劑，蛋白質(zhì)水解物也可以抑制蛋白質(zhì)氧化和脂質(zhì)過(guò)氧化。Creusot［18］等人將乳清蛋白酶解液加入到乳清蛋白中，實(shí)驗(yàn)證明因酶解后形成很多小的疏水性多肽而增加了乳清蛋白的聚集反應(yīng)。Adjonu［19］等人證明預(yù)加熱及選擇不同的酶酶解乳清分離蛋白，能夠顯著提高乳清蛋白水解物的雙重功能(生物功能，如抗氧化性、ACE抑制活性以及工藝功能，如納米乳化性)，這種有雙重功能的乳清分離蛋白可以作為生產(chǎn)功能食品的原料。Pe?a-Ramos［20］等人分別用四組純酶系(胃蛋白酶，木瓜蛋白酶，胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶)和三組商業(yè)蛋白酶(蛋白酶A，蛋白酶P，蛋白酶F)在預(yù)加熱或不加熱條件下酶解乳清分離蛋白，通過(guò)測(cè)定TBARS(硫代巴比妥酸)值得出結(jié)論，純酶系酶解的乳清分離蛋白對(duì)食品體系中脂質(zhì)過(guò)氧化的抑制作用較弱，并且只在預(yù)加熱處理組中出現(xiàn)抑制作用。

1.4 蛋白質(zhì)水解物與小麥谷蛋白的交互作用

蛋白質(zhì)水解物與小麥谷蛋白混合可以提高小麥谷蛋白的起泡性和乳化性。Agyare［21］等人比較了在不同離子強(qiáng)度、溫度和pH條件下加入及不加入轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對(duì)小麥谷蛋白水解液乳化性和起泡性的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在 pH4．0和 pH6．5時(shí)，加入轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的小麥谷蛋白水解液起泡能力增加;在pH4．0時(shí)，加入轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶酶解的小麥谷蛋白泡沫穩(wěn)定性降低;在pH6．5時(shí)，加入轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶的小麥谷蛋白水解液乳化活力增加15倍，而泡沫穩(wěn)定性受乳化液溫度和離子強(qiáng)度等更多因素的影響。

2 蛋白質(zhì)水解物與碳水化合物之間的交互作用

食品體系中存在蛋白質(zhì)水解物和還原糖時(shí)，會(huì)發(fā)生美拉德反應(yīng)，產(chǎn)生良好的風(fēng)味，同時(shí)，也應(yīng)采取措施控制該反應(yīng)產(chǎn)生不良化合物。碳水化合物種類繁多，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)水解物與多糖混合時(shí)，由于多糖復(fù)雜的結(jié)構(gòu)可能會(huì)誘導(dǎo)蛋白質(zhì)水解物發(fā)生構(gòu)像的改變，從而改善蛋白質(zhì)水解物的功能特性。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)水解物與淀粉等大分子碳水化合物混合時(shí)，由于水解物分子量較小，因而它們之間存在一定的位阻，一般在加熱條件下才會(huì)發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)之后可以提高淀粉的糊化、粘度等性質(zhì)，也可以抑制淀粉的老化。

2.1 蛋白質(zhì)水解物與碳水化合物交互作用的機(jī)理

蛋白質(zhì)水解物與碳水化合物之間的交互作用，和與蛋白質(zhì)的作用相類似，如果碳水化合物與賴氨酸的 ε-氨基和游離氨基(α-NH2)發(fā)生反應(yīng)［22-23］，蛋白質(zhì)水解物中會(huì)發(fā)生糖化反應(yīng)。這種糖化反應(yīng)實(shí)際上是對(duì)蛋白質(zhì)水解物的糖基化修飾，由于引入了親水性基團(tuán)，可以增加復(fù)合物的穩(wěn)定性和溶解性。蛋白質(zhì)水解物與還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)時(shí)是根據(jù)蛋白質(zhì)水解物中含有的羰基及還原糖中含有的氨基發(fā)生的。

2.2 蛋白質(zhì)水解物與單糖的交互作用

蛋白質(zhì)水解物與單糖之間反應(yīng)可以提高蛋白質(zhì)水解物的抗氧化活性。Liu［24］等人將豬血漿蛋白酶解后，加入三種單糖(葡萄、果糖、半乳糖)在95℃分別反應(yīng)0～6h得到美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)體系的pH和游離氨基含量顯著下降，而褐變程度、中間產(chǎn)物的產(chǎn)量、美拉德產(chǎn)物的還原能力、ABTS和羥自由基清除能力均隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)而顯著增加。豬血漿蛋白水解物與半乳糖反應(yīng)得到的美拉德產(chǎn)物褐變程度和抗氧化活性最高，并且這兩個(gè)指標(biāo)呈現(xiàn)典型的線性關(guān)系。Liu［25］等人將乳清分離蛋白與葡萄糖以1∶1的比例混合加熱，研究結(jié)果表明反應(yīng)體系的顏色、紫外吸收波長(zhǎng)、熒光強(qiáng)度以及抗氧化活性(還原能力、自由基清除能力)均隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而顯著增加，同時(shí)，通過(guò)SDS-PAGE電泳分析發(fā)現(xiàn)乳清分離蛋白與葡萄糖形成了高分子量聚合物，傅里葉變換紅外光譜也表明乳清分離蛋白的酰胺Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)均發(fā)生了變化，說(shuō)明反應(yīng)形成的高分子量聚合物的穩(wěn)定性和抗氧化活性均較高。

2.3 蛋白質(zhì)水解物與多糖的交互作用

蛋白質(zhì)水解物與多糖反應(yīng)，可以增強(qiáng)水解物的起泡性;而對(duì)具有一定生物活性的抗菌肽、抗內(nèi)毒素肽等水解物與多糖反應(yīng)，可以增強(qiáng)水解物的抗菌、抗內(nèi)毒素活性。Herasimenka［26］等人用銅綠假單胞菌，洋蔥伯克霍爾德菌和肺炎克雷伯菌生產(chǎn)出來(lái)的細(xì)菌多糖與SMAP-29和LL-37抗菌肽復(fù)配來(lái)研究阻止肺病原體先天免疫系統(tǒng)效應(yīng)的可能機(jī)制，體外實(shí)驗(yàn)表明，這兩種肽的抗菌活性由于加入了三種多糖受到了不同程度的抑制;圓二色譜實(shí)驗(yàn)表明，抗菌肽與多糖之間的交互作用誘導(dǎo)了α-螺旋構(gòu)象的形成;熒光測(cè)量結(jié)果也表明抗菌肽與多糖之間確實(shí)發(fā)生了交互作用。Martinez［27］等人研究適當(dāng)水解的向日葵蛋白與不同種類多糖復(fù)配對(duì)多糖起泡性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水解程度較低時(shí)，這種復(fù)配增加了多糖的泡沫逸出和泡沫穩(wěn)定性，而水解程度較高時(shí)，卻沒(méi)有增加多糖的泡沫逸出和泡沫穩(wěn)定性，黃原膠相對(duì)其他多糖的黏度更高，可以更好的提高起泡性，因此，根據(jù)多糖與水解物復(fù)配后泡沫的體積和表面的流變性質(zhì)，蛋白質(zhì)的的水解程度會(huì)極大的影響多肽與多糖之間的交互作用。Schmidtchen［28］等人也討論了在溶液中和膜界面上影響多肽與多糖之間交互作用的理化因素，并綜述了這些理化因素如何影響這類肽的抗菌、抗內(nèi)毒素的功能，以及如何將其應(yīng)用在治療中。

2.4 蛋白質(zhì)水解物與淀粉間的交互作用

淀粉對(duì)許多食品的質(zhì)構(gòu)特性有促進(jìn)作用，它可以作為增稠劑，膠體穩(wěn)定劑，凝膠劑，填充劑，保水劑、粘合劑等廣泛用于食品和工業(yè)應(yīng)用中。淀粉的理化性質(zhì)取決于很多因素，如淀粉顆粒的大小，顆粒大小的變化范圍，顆粒表面的蛋白質(zhì)，而最重要的因素是顆粒的結(jié)構(gòu)，顆粒中直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例，以及它們各自的分子量。

研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將淀粉添加到食品中，由于淀粉與食品中各組分的交互作用，可以改變淀粉的某些性質(zhì)，如老化、黏度、凝膠溫度和流變學(xué)性質(zhì)等。Lian［29］等人分別用酸性、堿性、中性蛋白酶酶解大豆蛋白，然后將酶解液加入到玉米淀粉中，發(fā)現(xiàn)三種酶解大豆蛋白水解物一定程度上都會(huì)抑制玉米淀粉老化，通過(guò)測(cè)定紅外光譜和質(zhì)譜表明在老化過(guò)程中大豆蛋白多肽可能會(huì)與玉米淀粉C-1的還原端發(fā)生反應(yīng)，氫鍵在玉米直鏈淀粉的C-2，3間形成，而酸性、堿性、中性蛋白酶水解物中含有7種氨基酸的多肽可能是抑制玉米淀粉老化的主要抑制劑。Goel［30］等人在玉米淀粉與酪蛋白和酪蛋白質(zhì)水解物交互作用的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著加入到酪蛋白質(zhì)水解物中淀粉含量增加，凝膠溫度沒(méi)有改變，但凝膠穩(wěn)定性降低;當(dāng)用酪蛋白或酪蛋白質(zhì)水解物取代玉米淀粉時(shí)，由于淀粉稀釋效應(yīng)，所有樣品中均觀察到峰值及粘度的下降。Considine［31］等人在研究牛奶蛋白質(zhì)和淀粉之間的交互作用時(shí)，發(fā)現(xiàn)淀粉和牛奶混合在一起時(shí)，它們之間交互作用的范圍很大，這種交互作用取決于它們的相對(duì)含量，淀粉和牛奶成分的理化性質(zhì)以及牛奶中的組成成分。

3 蛋白質(zhì)水解物對(duì)脂質(zhì)氧化的抑制作用

在食品中，自由基引起的脂肪酸和脂質(zhì)過(guò)氧化導(dǎo)致食品中產(chǎn)生腐臭味和不良的化學(xué)物質(zhì)，這種氧化進(jìn)一步導(dǎo)致食品質(zhì)量的下降、食品保質(zhì)期的縮短，甚至可能會(huì)由于食用有潛在毒性的反應(yīng)產(chǎn)物而產(chǎn)生某些疾病。因此，為了防止食品品質(zhì)的惡化，采取措施抑制食品中自由基的形成以及脂質(zhì)過(guò)氧化顯得尤為重要。近年來(lái)，蛋白質(zhì)水解物中的抗氧化肽由于其較高的安全性、抑制脂質(zhì)過(guò)氧化和清除自由基方面的高效性而備受關(guān)注。這些抗氧化肽的活性可能會(huì)受到不同參數(shù)的影響，如源蛋白，水解度，肽結(jié)構(gòu)，氨基酸組成以及蛋白酶類型。在過(guò)去的幾十年中，蛋白酶解抗氧化肽已從黃魚(yú)肌肉［32］、羅非魚(yú)魚(yú)皮明膠［33］、雙髻鯊肌肉［34］、貽貝肌肉［35］中分離出來(lái)。

當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)與脂質(zhì)共存時(shí)，脂質(zhì)的極性末端與蛋白質(zhì)的多肽鏈中各個(gè)氨基酸側(cè)鏈通過(guò)疏水鍵、靜電力、范德華力作用連接，主要表現(xiàn)為競(jìng)爭(zhēng)性吸附和合作吸附。溶液體系中蛋白質(zhì)與脂質(zhì)的種類和濃度、界面pH、其它溶質(zhì)的特性及蛋白質(zhì)與脂類在溶液中的比率等因素決定這兩種分子發(fā)生交互作用的類型［36］。另一方面，由于蛋白水解液具有很強(qiáng)的抗氧化活性，因此一定程度上可以抑制脂質(zhì)過(guò)氧化，從而提高食品的質(zhì)量。蛋白質(zhì)水解物的抗氧化抑制作用可能通過(guò)以下途徑來(lái)實(shí)現(xiàn):(1)絡(luò)合酶的活性部位Fe3+;(2)與底物競(jìng)爭(zhēng)酶的活性部位;(3)與酶分子之間的交互作用而影響或改變酶的空間結(jié)構(gòu)，從而降低酶的活性［37］。Zhou［38］等人利用三種微生物蛋白酶酶解大米蛋白，然后經(jīng)過(guò)連續(xù)的超濾分離出具有抗氧化活性的酶解肽，進(jìn)一步證明這種酶解肽可以作為天然抗氧化劑抑制豬肉中脂肪氧化并可以提高產(chǎn)品的貨架期。Kong［2］等人分別用堿性蛋白酶和木瓜蛋白酶酶解玉米醇溶蛋白，發(fā)現(xiàn)酶解產(chǎn)物可以作為金屬離子螯合劑或氫供體，以及自由基穩(wěn)定劑抑制脂質(zhì)過(guò)氧化，證明蛋白質(zhì)水解物或者某些從食品中分離出來(lái)的特定多肽加入到豬肉制品中可以有效的抑制脂質(zhì)過(guò)氧化。Park［39］等人研究了從小麥谷蛋白水解物中分離出的不同等電點(diǎn)的肽段對(duì)豬肉餡餅中脂質(zhì)過(guò)氧化的抑制作用，發(fā)現(xiàn)等電點(diǎn)小于3．0和大于9．0的多肽相比于其它等電點(diǎn)的多肽和純小麥谷蛋白水解物表現(xiàn)出更好的抑制脂質(zhì)過(guò)氧化能力，因此，結(jié)果表明多肽的分布以及多肽與食品中組分的交互作用對(duì)于抑制脂質(zhì)過(guò)氧化起著舉足輕重的作用。Sakanaka［40］等人證明卵黃蛋白水解物具有抗氧化活性并且可以很好的抑制牛肉和金槍魚(yú)均漿液中脂質(zhì)的過(guò)氧化。

4 展望

近幾年，蛋白質(zhì)水解物與食品組分之間的交互作用已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注。大多數(shù)水解物的物理化學(xué)性質(zhì)和化學(xué)結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的，而且他們與食品組分之間的交互作用是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。大量實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明在食品體系中加入蛋白質(zhì)水解物能夠起到較強(qiáng)的抗氧化活性，抑制脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化的作用，并且可以改善蛋白質(zhì)的一些功能性質(zhì)。今后的研究重點(diǎn)應(yīng)集中在以下幾個(gè)方面:(1)深入探討蛋白質(zhì)水解物與各種食品組分互作的機(jī)理，(2)將蛋白質(zhì)水解物作為一種成分添加到食品中，研究他們對(duì)食品品質(zhì)和加工性質(zhì)的影響。以期為其在食品體系中的廣泛應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

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