綠豆蛋白與多肽理化性質(zhì)及其生物活性研究進(jìn)展

杜夢霞,李 璇,謝建華，謝明勇

(南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西南昌 330047)

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綠豆蛋白與多肽理化性質(zhì)及其生物活性研究進(jìn)展

杜夢霞,李 璇,謝建華*，謝明勇

(南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西南昌 330047)

綠豆是一種藥食同源的糧食作物,已有上千年的食用歷史。綠豆中蛋白質(zhì)含量豐富,水解物氨基酸含量均衡。綠豆蛋白及多肽是綠豆中主要的生物活性物質(zhì),具有多種生物活性,引起人們的廣泛關(guān)注。本文從綠豆蛋白及多肽的提取方法、理化性質(zhì)、功能特性、生物活性等方面對其研究進(jìn)展進(jìn)行了較為系統(tǒng)的介紹與分析,并對綠豆蛋白及多肽研究前景進(jìn)行了展望。

綠豆,蛋白,多肽,氨基酸,生物活性

綠豆(Vigna radiata)又稱文豆、植豆、菉豆,是豆科、蝶形花亞科豇豆屬的一種被子植物,素有“食中佳品,濟(jì)世長谷”之稱。具有清熱解毒、抗炎消腫、消暑利尿、保肝明目等功效[1]。綠豆中含有許多重要的生物活性成分,如:綠豆多糖、鞣質(zhì)(單寧)、生物堿、植物甾醇等[2-3]。近年來對于綠豆的研究主要集中在綠豆多糖及小分子活性物質(zhì),隨著蛋白領(lǐng)域研究的迅速發(fā)展及人們對于植物性蛋白需求的提高,綠豆蛋白及其多肽也逐漸進(jìn)入國內(nèi)外各學(xué)者的視野。研究表明綠豆蛋白及其多肽具有抗氧化、抗腫瘤、抗病毒、降血壓血脂等多種生理功效[2-5]。隨著蛋白質(zhì)組學(xué)的研究發(fā)展,研究者發(fā)現(xiàn),當(dāng)人體攝入蛋白質(zhì)時(shí),大部分是以寡肽的形式被吸收利用,而僅有一小部分以游離氨基酸的形式被吸收[6-9]。部分寡肽還具有源蛋白質(zhì)和游離氨基酸所不具有的獨(dú)特的生理功能,如調(diào)節(jié)人體生理機(jī)能,防治疾病等[10]。因此,無論在其藥用還是保健領(lǐng)域,對綠豆蛋白及其多肽的研究都具有廣闊的市場前景。

目前,有關(guān)綠豆蛋白及多肽的報(bào)道越來越多,對他們的研究也日趨成熟。本文結(jié)合最新研究動態(tài),就綠豆蛋白及多肽的提取、理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特性、生物活性等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,并對上述研究方法進(jìn)行比較分析,探討目前存在的問題,以期為綠豆蛋白及多肽的深入研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 綠豆蛋白的組成及理化性質(zhì)

1.1 綠豆蛋白的組成

綠豆是高蛋白植物,蛋白質(zhì)含量達(dá)25%～28%[9],主要含有球蛋白、清蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白,以球蛋白、清蛋白含量最多,并且清蛋白的氨基酸模式與人體接近,是一種優(yōu)質(zhì)的天然植物蛋白。綠豆品種、提取方法不同,可能導(dǎo)致蛋白的含量不同。對四種綠豆蛋白分級提取的研究發(fā)現(xiàn),綠豆中清蛋白49.1%、球蛋白23.6%、谷蛋白19.42%、醇溶蛋白7.5%[11]。王鴻飛等[12]的報(bào)道中,球蛋白含量達(dá)60%以上,清蛋白25%,谷蛋白10%左右,醇溶蛋白含量最低。

在綠豆蛋白中氨基酸種類豐富,按照WHO/FAO評分,見表1。由表1可知綠豆蛋白質(zhì)中的氨基酸化學(xué)評分都高于推薦值。賴氨酸被稱為“第一限制性氨基酸”,在人們?nèi)粘Ｊ秤玫墓任镏泻繕O少[13]。但在綠豆總蛋白中賴氨酸的相對含量高達(dá)7.7%,接近雞蛋中的含量[8-14]。王鴻飛等[12]對綠豆種子中清蛋白氨基酸組成分析研究中,賴氨酸含量為7.1%;曾志紅等[15]采用堿提酸沉法對國內(nèi)16種綠豆進(jìn)行蛋白提取分析得出各綠豆蛋白的氨基酸組成中賴氨酸平均含量為6.3%。就賴氨酸含量的文獻(xiàn)報(bào)道不盡相同,但是其含量都維持在一個(gè)較高的水平,由此可見綠豆蛋白中的氨基酸含量均衡,滿足人體營養(yǎng)需求。

表1 綠豆蛋白中必需氨基酸的組成[15]Table 1 Essential acid profiles of the protein of Mung bean seeds[15]

1.2 綠豆蛋白的功能特性

蛋白質(zhì)的應(yīng)用范圍取決于蛋白質(zhì)的功能特性,其功能特性越好,應(yīng)用范圍越廣[16]。近年來,大量研究表明綠豆分離蛋白具有較好的溶解性和起泡性,一定的保水性和乳化性,但是吸油性較差[17-19]。

溶解性是綠豆蛋白最重要的功能特性之一,影響綠豆蛋白質(zhì)的溶解性的因素主要有pH、溫度、蛋白種類、共存鹽類等[18]。其中pH的影響最為顯著,在pH3～pH8范圍內(nèi),綠豆蛋白的溶解性隨pH的增大呈現(xiàn)出先降后升的趨勢。在pH接近4.6時(shí)綠豆總蛋白的溶解性最低,清蛋白也在pH為4.5左右溶解度最低[18]。pH>8.0時(shí),綠豆分離蛋白的溶解性隨pH的增加而呈緩慢地增加,表明pH=8時(shí)蛋白已大部分溶解[20]。在相同的pH變化條件下,綠豆蛋白的溶解性比大豆蛋白和椰子蛋白的溶解性要好[21]。

綠豆蛋白也具有較好的起泡性和泡沫穩(wěn)定性。王金水等[19]通過研究濃度和pH對綠豆蛋白起泡性的影響,發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)濃度1%～7%時(shí),起泡性和泡沫穩(wěn)定性隨濃度的升高而增加,濃度達(dá)到5%時(shí),起泡性最強(qiáng)。pH對綠豆蛋白的影響則表現(xiàn)為不同的趨勢,當(dāng)pH為4.0時(shí),起泡性能最差,只有46%,低于4.0或高于4.0時(shí),起泡性能均增加,泡沫穩(wěn)定性基本上也遵循這一變化規(guī)律。

1.3 綠豆蛋白的提取方法

在對綠豆蛋白進(jìn)行提取之前,應(yīng)先通過浸泡、烘干、粉碎、過篩處理[22]。綠豆蛋白提取方法的選取極其重要,提取方法直接影響蛋白質(zhì)的含量以及多肽的質(zhì)量。目前綠豆蛋白提取的方法主要有堿溶酸沉法、熱水浸提法、超聲波協(xié)助提取法、酶法提取等[23-29]。

堿溶酸沉法是目前提取蛋白最成熟的方法,喬寧等[23]通過優(yōu)化堿溶酸沉法的提取條件,最終在40 ℃、pH10、料液比1∶15條件下,使蛋白的提取率達(dá)22.1%。但該法也有提取蛋白純度低,耗時(shí)長等不足[23-27]。熱水浸提法主要是為防止酸堿度過大而影響其生物活性而提出的一種蛋白提取法,王維堅(jiān)等[24]利用工藝優(yōu)化后的熱水浸提法得到的蛋白質(zhì)含量為814.1 μg/mL。但該法耗時(shí)長,蛋白提取率低,易引起蛋白變性。超聲協(xié)助提取法[25]是在傳統(tǒng)的堿提酸沉工藝上輔以新型技術(shù)的一種蛋白提取法,具有操作簡單、蛋白提取率高等優(yōu)點(diǎn)。酶法提取[26-29]效率高,蛋白提取率高,但成本較高。隨著科學(xué)科技的發(fā)展,蛋白提取方法將會日趨完善,最終將會取代傳統(tǒng)的堿提酸沉法。

2 綠豆多肽的制備及其分子量

綠豆蛋白水解物除了與綠豆蛋白具有一致的氨基酸組成之外,還具有比綠豆蛋白更優(yōu)的溶解性、起泡性、乳化性[30]。綠豆多肽是介于蛋白和氨基酸的中間產(chǎn)物,在人體腸道更易被人體消化[31-33]。不僅如此,對于新陳代謝,人體的生長發(fā)育以及免疫調(diào)節(jié)也有很大的影響。

2.1 綠豆多肽的制備

提取綠豆多肽的方法很多,主要有酶解法、酸解法、微生物發(fā)酵法、化學(xué)合成法等[32-36]。各主要方法比較與評價(jià)見表2。

蛋白酶的選擇及其酶解條件對綠豆多肽的制備以及抗氧化活性有著重要的影響。顧薇[34]等選用中性蛋白酶酶解綠豆分離蛋白,并以水解度作為參考指標(biāo),通過正交優(yōu)化得出最佳酶解條件為:pH6.5、溫度50 ℃、底物濃度7%、酶濃度6000 U/g、水解時(shí)間240 min,在此條件下水解度可達(dá)28.8%。何倩等[35]使用中性蛋白酶、堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶在各自最適條件下對綠豆蛋白進(jìn)行酶解,以酶解液的酶解度和可溶性氮的含量為參考指標(biāo),對酶進(jìn)行篩選。結(jié)果表明堿性蛋白酶水解綠豆蛋白的效果最好,水解6 h,水解度達(dá)到28.8%。孫健[36]選用四種不同的蛋白酶水解綠豆蛋白,以羥自由基的清除能力作為參考指標(biāo),結(jié)果表明中性蛋白酶對羥自由基的清除率最高,高達(dá)50%。酶的水解條件依賴于所選酶的種類,每種酶都有其合適的水解條件,酶不同,水解條件不同[36]。化學(xué)合成法技術(shù)要求較高,目前在國內(nèi)基本很少使用此法制備綠豆多肽。但隨著我國科技的發(fā)展,化學(xué)合成法技術(shù)難題將被攻克,此法有望取代現(xiàn)在廣泛使用的酶解法。

表2 綠豆多肽的制備方法[32-36]Table 2 Extraction method of polypeptide from Mung bean protein[32-36]

表3 綠豆多肽的理化性質(zhì)及其應(yīng)用Table 3 Physical and chemical properties and application of Mung bean polypeptide

2.2 綠豆多肽的理化性質(zhì)

研究表明綠豆多肽比綠豆蛋白具有更高的溶解性、吸水性、低粘度,高流動性。綠豆多肽較好的理化性質(zhì)使其具有比綠豆蛋白更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。綠豆多肽理化性質(zhì)條件及應(yīng)用見下表3。

2.3 綠豆中多肽的分子量

多肽的生物活性與其分子量具有很大關(guān)系,要對多肽的生物活性進(jìn)行深入研究就必須對其分子量進(jìn)行確定。

在多肽相對分子質(zhì)量的測定中,多肽的提取方法、測定方法等的不同對其分子量的測定都具有一定的影響。目前,綠豆多肽分子質(zhì)量的測定普遍采用超濾法和凝膠色譜法。孫健[36]等采用超濾法分離綠豆多肽得到五種分子量大小不同的組分:<1、1～5、5～10、5～30、>30 ku,并對1～5 ku的組分用SephadexG-25凝膠柱色譜進(jìn)一步分離純化后,得到分子量為3426 u和1272 u的兩種組分。盧珍華[38]等利用SephadexG-15凝膠柱色譜測定綠豆多肽分子量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)水解度為30%時(shí),綠豆多肽分子量絕大多數(shù)在1 ku以下。

3 綠豆蛋白及其多肽的功能活性

3.1 抗氧化性

綠豆蛋白及多肽具有很強(qiáng)的抗氧化性。潘妍等[26]通過酶法提取綠豆蛋白,并對其進(jìn)行體外抗氧化活性測定,發(fā)現(xiàn)綠豆蛋白不僅具有較高的抗氧化活性還具有美白功效。通過比較發(fā)現(xiàn):綠豆多肽的抗氧化性要高于綠豆蛋白的抗氧化性。這可能是因?yàn)榫G豆蛋白致密的結(jié)構(gòu)不利于與自由基反應(yīng),而酶解后的綠豆肽和氨基酸能夠使氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)暴露,增加了其反應(yīng)的可能性[39]。李琴等[40]在體外構(gòu)建多種自由基體系,通過測定綠豆多肽對自由基的清除率和總還原能力,發(fā)現(xiàn)綠豆多肽具有較強(qiáng)的抗氧化活性,其抗氧化能力低于VC而高于BHT。通過對綠豆多肽的羥自由基清除率進(jìn)行測定,發(fā)現(xiàn)綠豆多肽的羥自由基清除率達(dá)70.51%,明顯高于羥自由基清除率為65.37%的大豆肽,45%左右的羅非魚皮膠原肽以及35.41%的大米蛋白肽[41-43]。Kim等[44]研究發(fā)現(xiàn)發(fā)芽的綠豆比干燥的綠豆種子具有更強(qiáng)的抗氧化性。而Guo等[45]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)發(fā)芽8 d的綠豆的抗氧化性是未發(fā)芽綠豆的6倍多。綠豆及綠豆蛋白本身就具有較高的抗氧化能力,通過進(jìn)一步酶解綠豆蛋白,使其抗氧化能力得到不同程度的提高[46]。

3.2 提高機(jī)體免疫

綠豆是一種藥食兼用的雜糧,能提高人體的免疫力?，F(xiàn)代科學(xué)發(fā)現(xiàn)其主要機(jī)理在于其自身含有眾多生物活性物質(zhì),如皂甙、生物堿等。近年研究發(fā)現(xiàn),綠豆蛋白及多肽對提高人體免疫力,增加體質(zhì)方面發(fā)揮重要的作用。用離子交換色譜分離純化得到的綠豆親環(huán)蛋白,具有很強(qiáng)的抗植物致病真菌活性[47]。綠豆多肽能明顯延長小鼠常壓缺氧存活時(shí)間和亞硝酸鹽中毒后存活時(shí)間;能提高小鼠淋巴細(xì)胞增殖力、脾臟生成抗體細(xì)胞數(shù)、半數(shù)溶血值及巨噬細(xì)胞吞噬能力,從而提高小鼠免疫力[48]。添加綠豆多肽的運(yùn)動飲料喂養(yǎng)小鼠,能夠使小鼠體內(nèi)的肝糖原增加,并使血乳酸的積累受到抑制,綠豆多肽能夠提高動物乃至人體的免疫力[49]。

3.3 降血壓

隨著人們生活水平的提高,以高血壓為代表的富貴病的產(chǎn)生日益引起廣泛的關(guān)注。血管緊張素轉(zhuǎn)換酶ACE能使血管緊張素Ⅰ轉(zhuǎn)換成為血管緊張素Ⅱ,后者能使末梢血管收縮,血壓升高[50]。若得不到及時(shí)有效的控制,心、腦、腎三個(gè)重要的生命器官就會受到致命性打擊,從而產(chǎn)生嚴(yán)重的并發(fā)癥。研究顯示,綠豆蛋白有明顯的降血壓的功效。

隨著近幾年對生物活性肽的廣泛研究,大豆多肽、大米多肽、膠原多肽具有抑制ACE的活性早已得到驗(yàn)證。目前眾多研究表明,綠豆多肽能夠顯著抑制轉(zhuǎn)換酶ACE的活性。Li[51]等綠豆多肽對自發(fā)性高血壓小鼠進(jìn)行灌胃實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)該鼠的心臟收縮壓有明顯的下降。李慶波等人[52]以Alcalase2.4L堿性蛋白酶為水解酶,經(jīng)反向高效液相色譜,得到ACE的抑制率高達(dá)89.5%。并用RP-HPLC分離的高活性產(chǎn)物進(jìn)行序列測定,結(jié)果有三個(gè)肽序列匹配率最高,序列分別為FLVNPDDNENL、FLVNPDDNENLRII、KDNVISEIPTEVLDL。與花生、大米分離蛋白 Alcalase 酶酶解物相比,綠豆蛋白酶解物具較強(qiáng)的降血壓作用[53]。

3.4 其它

綠豆蛋白及多肽除了具有以上功能特性以外,還具有抗腫瘤、降膽固醇、改善腎功能等作用。綠豆中提取的笨丙氨酸氨解酶對小鼠白血病細(xì)胞有明顯的抑制作用,并隨酶劑量增加和作用時(shí)間延長,抑制效果明顯增加[54]。此外,陳漢源[55]發(fā)現(xiàn)嗎啡琳加亞硝酸鈉誘發(fā)小鼠肺瘤和肝瘤模型的生長受不同劑量綠豆的抑制較明顯,并且可以降低腫瘤細(xì)胞的大小和數(shù)量,得出結(jié)論為綠豆對小鼠的致瘤有一定的預(yù)防效果。膽固醇是導(dǎo)致心腦血管疾病的危險(xiǎn)因素。膽固醇偏高的人服用含綠豆多肽的功能性食品能降低對人體有害的低密度脂蛋白(LDL)和極低密度脂蛋(VLDL),對人體有益的高密度脂蛋白(HDL)的數(shù)值則不會有什么改變[56]。另外,楊毅[57]等通過建立染鉛大鼠模型,研究綠豆提取蛋白對大鼠腎功能的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)綠豆蛋白對染鉛大鼠具有一定的改善功能。

4 展望

近年來,隨著國內(nèi)外學(xué)者對綠豆蛋白,尤其是綠豆多肽的日益重視,綠豆蛋白和多肽的生物活性及功能逐漸進(jìn)入大眾視野,國內(nèi)外學(xué)者在提取方法、功能特性、降血壓、抗氧化等方面做了大量的研究,也取得了很大的進(jìn)展。綠豆蛋白及多肽作為一種極具開發(fā)價(jià)值的生物活性物質(zhì),生物活性已經(jīng)被發(fā)掘出來了,但是具體的作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。并且綠豆蛋白及多肽的結(jié)構(gòu)分析還不夠系統(tǒng)和深入,尤其是結(jié)構(gòu)與功能方面的關(guān)系鮮有報(bào)道。隨著研究的不斷深入以及人們保健意識的提高,綠豆蛋白質(zhì)及其生物活性肽的研究與開發(fā)將會顯現(xiàn)出更加廣闊的機(jī)遇。

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Research progress in physicochemical and bioactivities of protein and peptide frommungbean

DU Meng-xia,LI Xuan,XIE Jian-hua*,XIE Ming-yong

(State Key Laboratory of Food Science and Technology,Nanchang University,Nanchang 330047,China)

Mung beanhasbeeneatenhistoricallyasherbalmedicineandgraincropforthousandsofyears. Mung beancontainsalotofproteinandbalancedcontentofaminoacidinitshydrolysate.Inrecentdecades,proteinandpeptidefrommung beanhaveattractedagreatdealofattentioninthebiomedicalfieldduetotheirvarietyofbiologicalactivities.Inthispaper,thelatestresearchdevelopmentoftheextraction,physicalchemicalpropertiesandbioactivitiesofproteinandpeptidefrommung bean,werereviewedonasystematicintroductionandanalysis,andthedevelopmentprospectofproteinandpeptidefrommung beanwerealsodiscussed.

mung bean;protein;peptide;aminoacid;bioactivities

2016-05-12

杜夢霞(1991-)，女，碩士研究生，研究方向：食品工程，E-mail：774599859@qq.com。

*通訊作者:謝建華(1982-)，男，博士，教授，研究方向：食品化學(xué)與營養(yǎng)，E-mail:jhxie@ncu.edu.cn。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31566024)；江西省教育廳自然科學(xué)基金項(xiàng)目(GJJ14144)；食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室青年基金重點(diǎn)項(xiàng)目(SKLF-QN-201501)。

TS201.4

A

1002-0306(2016)21-0363-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.21.062