郭婷婷,萬楚筠,黃鳳洪,曾 濤
(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所,武漢 430062; 2.油料脂質(zhì)化學(xué)與營養(yǎng)湖北省重點實驗室,武漢 430062)
綜合利用
油料餅粕中活性肽的提取及生理功能研究進(jìn)展
郭婷婷1,萬楚筠1,黃鳳洪1,曾 濤2
(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所,武漢 430062; 2.油料脂質(zhì)化學(xué)與營養(yǎng)湖北省重點實驗室,武漢 430062)
餅粕作為油料作物生產(chǎn)加工的副產(chǎn)物,是一種優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)資源,可通過水解制得活性肽。介紹了油料餅粕中活性肽的提取,詳細(xì)闡述了其降血壓、抗氧化、降血脂和降膽固醇、抗腫瘤活性,并就目前研究狀況對其前景進(jìn)行了展望。
油料餅粕;活性肽;提?。簧砉δ?/p>
餅粕是油料作物經(jīng)壓榨、浸提等工藝加工后的副產(chǎn)物,每年產(chǎn)量近2 200 萬t。在我國,由于餅粕深度開發(fā)水平較低,甚至相應(yīng)理論的研究尚未完成,限制了其附加值的提升,常被作為畜禽飼料低值出售。隨著學(xué)者對餅粕的深入研究,發(fā)現(xiàn)餅粕可用于提取一系列功能因子。餅粕成分隨品種、加工條件等因素的不同而有較大差異。通常餅粕中蛋白質(zhì)含量為30%~50%,脂肪含量為1%~8%,灰分含量為5%~10%。
餅粕蛋白是一種來源廣泛、營養(yǎng)價值較高的植物蛋白,經(jīng)酸堿或酶水解后可得到活性多肽。研究發(fā)現(xiàn)餅粕多肽在抗氧化、降血壓、抗腫瘤、增強(qiáng)免疫及降血脂等方面有較高的生物活性。餅粕多肽具有優(yōu)良的理化特性[1]:①低黏度,低相對分子質(zhì)量的多肽在50%的高濃度下仍然保持較好的流動性;②高溶解性,餅粕蛋白與其他蛋白質(zhì)一樣,在等電點處易形成沉淀,但多肽仍會保持溶解狀態(tài);③強(qiáng)吸水性,一般餅粕多肽的吸水性要高于蛋白質(zhì);④低滲透壓,多肽被人體攝入后不會出現(xiàn)腹瀉的情況。
1.1 餅粕蛋白原料前處理
蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是各種吸引和排斥相互作用的凈結(jié)果,在天然狀態(tài)的生理條件下是熱力學(xué)最穩(wěn)定的狀態(tài),其吉布斯自由能最低。蛋白質(zhì)在熱、機(jī)械、靜液壓等處理后,分子將產(chǎn)生一個新的平衡結(jié)構(gòu),其構(gòu)象會發(fā)生不同程度的變化。蛋白質(zhì)經(jīng)適當(dāng)熱處理,可引起活性基團(tuán)的暴露,增加蛋白質(zhì)與酶之間的交互作用,利于水解。當(dāng)熱處理溫度為100℃時,菜籽蛋白水解度最大;且隨著熱處理時間的延長,菜籽蛋白水解度增大,最大可達(dá)18.51%[2]。此外,田珍珍等[3]利用雙螺桿膨化機(jī)處理雙低菜籽粕發(fā)現(xiàn)經(jīng)擠壓膨化加工后,菜籽粕中蛋白質(zhì)總量基本沒有變化,但其分散指數(shù)會有一定程度的降低。物料進(jìn)行膨化加工時,膨化腔的高溫、瞬時的高壓以及剪切力都會導(dǎo)致蛋白質(zhì)發(fā)生變性。蛋白質(zhì)變性之后表面疏松多孔,使蛋白酶更容易進(jìn)入蛋白質(zhì)的內(nèi)部,對蛋白酶的水解有促進(jìn)作用。
1.2 餅粕活性肽的制備
目前,工業(yè)上水解油料餅粕蛋白制備多肽最常用的方法為酶解法。同一底物在不同的蛋白酶作用下,水解效率、水解程度以及水解產(chǎn)物的組成及功能會有所不同。選擇合適的蛋白酶,有利于提高蛋白質(zhì)的水解效率和獲得理想特性的水解產(chǎn)物。應(yīng)用于餅粕蛋白水解制備多肽的蛋白酶主要有堿性蛋白酶(內(nèi)切酶,作用于疏水性氨基酸-COOH)、中性蛋白酶(內(nèi)切酶,作用于Try-、Phe-、Tyr-COOH)、木瓜蛋白酶(內(nèi)切酶,作用于含巰基氨基酸)、胰蛋白酶(內(nèi)切酶,作用于Lys、Arg-COOH)、胃蛋白酶(內(nèi)切酶,作用于Try-、Phe-、Met-COOH)、風(fēng)味蛋白酶(內(nèi)切酶,一般與其他酶復(fù)合使用)、復(fù)合蛋白酶等[4]。
現(xiàn)代營養(yǎng)學(xué)研究發(fā)現(xiàn),蛋白質(zhì)經(jīng)消化酶水解后,以短肽(2~7個氨基酸)形式被機(jī)體直接消化吸收的比例遠(yuǎn)大于以游離氨基酸形式的吸收[9]。肽的吸收主要是由依賴H+濃度或Ca2+濃度的主動轉(zhuǎn)運(yùn)過程、具pH依賴性的非耗能性Na+/ H+交換系統(tǒng)[10]以及谷胱甘肽轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)[11]完成的,且短肽的直接吸收可避免氨基酸之間的競爭吸收,效率更高,利于機(jī)體中不同組織和器官的利用。即短肽的生物效價和營養(yǎng)價值比氨基酸更高。
2.1 降血壓活性
腎素-血管緊張素系統(tǒng)(RAS)和激肽釋放酶-激肽系統(tǒng) (KKS)一直以來就被認(rèn)為是血壓調(diào)節(jié)中的主要系統(tǒng)。其調(diào)節(jié)機(jī)制如下:RAS途徑中,血管緊張素原在腎素作用下水解為血管緊張素-Ⅰ(AT-Ⅰ)。AT-ⅠC端二肽(His-Leu)由血管緊張素-Ⅰ轉(zhuǎn)化酶(ACE)切割成為活化狀態(tài)的血管緊張素-Ⅱ (AT-Ⅱ)。AT-Ⅱ是目前研究證實的最強(qiáng)血管收縮劑。AT-Ⅱ可導(dǎo)致血管收縮,刺激醛固酮分泌,促進(jìn)人體腎臟對Na+、K+的吸收,血壓升高。血管的收縮壓和舒張壓升高將直接促進(jìn)KKS中血管舒緩激肽的合成與激活,導(dǎo)致一氧化氮合成酶(NOS)的激活,產(chǎn)生一氧化氮,促進(jìn)血管舒張,從而抗血壓升高。此外,研究表明ACE使舒緩激肽失活[12],即增加ACE可導(dǎo)致雙重作用:防止血管舒張,激活血管收縮。
最早的ACE抑制劑是由Ferreira等[13]在蛇(Bothropsjararaca)毒中發(fā)現(xiàn)的活性短肽,其后進(jìn)一步證實其他來源的多肽同樣具有ACE抑制功效。短肽的ACE抑制活性與其相對分子質(zhì)量大小密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),低相對分子質(zhì)量肽降血壓效果優(yōu)于高相對分子質(zhì)量肽。Aluko[14]水解菜籽粕得到了相對分子質(zhì)量低于1 kD的降血壓肽。冷榨花生粕肽經(jīng)超濾分離后相對分子質(zhì)量低于1 kD的組分ACE抑制效果最好,相對分子質(zhì)量高于5 kD的組分抑制活性最差。建立ACE抑制動力學(xué)模型(Lineweaver-Burk),花生短肽對ACE的抑制模式為競爭性抑制[15]。短肽的ACE抑制活性還與其分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。對自發(fā)性高血壓大鼠(SHR) 一次給予1~10 mg/kg芝麻粕多肽,發(fā)現(xiàn)其有顯著的降血壓作用,分離鑒定抑制ACE活性肽段結(jié)構(gòu)為Leu-Gln-Pro,Leu-Lys-Tyr和Leu-Val-Tyr,抑制常數(shù)(Ki)分別為0.50、0.48 μM和0.92 μM[16]。Li等[17]認(rèn)為肽鏈的C端的氨基酸,對抑制活性有重要作用,尤其是C端為芳香族氨基酸如Try、Phe和Pro時,抑制活性很強(qiáng)。龔吉軍[18]對堿性蛋白酶Alcalase酶解所得油茶粕多肽(MW<3 kDa)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)C端Phe和Leu含量很高,進(jìn)一步動物實驗結(jié)果顯示該多肽SHRs的動脈ACE活性受到顯著抑制。
需要強(qiáng)調(diào)的是雖然目前動物及體外實驗證實抗血壓升高肽可抑制ACE活性達(dá)到降血壓功效,但機(jī)體血壓升高的過程非常復(fù)雜,原因更加復(fù)雜,更多的體內(nèi)實驗及臨床數(shù)據(jù)還有所欠缺,有關(guān)解決高血壓問題的有效方法仍需不斷摸索。
2.2 抗氧化活性
由于生物體具有多個抗氧化系統(tǒng),其相互關(guān)系并不清楚,無法真實模擬生理環(huán)境,故目前評價功能因子抗氧化能力多采用體外測定方法,且各方法都僅測定了抗氧化能力的某一方面,無法評估多條抗氧化途徑綜合能力。
2.3 降血脂和降膽固醇活性
心血管疾病是人類健康最大的威脅,據(jù)世界衛(wèi)生組織報道全球死于心血管疾病的人數(shù)占死亡總數(shù)的30%,且隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,預(yù)計心血管疾病將成為人類死亡的單個首因。根據(jù)現(xiàn)代中醫(yī)臨證經(jīng)驗和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)實驗研究發(fā)現(xiàn),引發(fā)心血管疾病的主要原因是動脈內(nèi)膜過量血脂、血糖及血液其他成分沉積造成的動脈粥樣硬化[22]。
龔吉軍[18]利用堿性蛋白酶酶解油茶粕制得多肽,建立SD大鼠高血脂模型,結(jié)果表明低、中、高劑量的油茶粕多肽均可顯著降低血清中總膽固醇(TC)與甘油三脂(TG)含量、動脈硬化指數(shù)(AI),提高高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)水平,提示油茶粕多肽具有良好的降血脂功效,可有效降低動脈粥樣硬化的風(fēng)險。Cho等[23]酶解大豆蛋白分離到一種八肽(FVVNATSN),該肽對離體培養(yǎng)的HepT9A4人肝細(xì)胞的低密度脂蛋白受體(LDLR)具有極強(qiáng)的激活作用。推測這可能是大豆小肽具保肝、護(hù)肝功效的原因之一。有學(xué)者采用基因定點誘變和酶解技術(shù),從大豆蛋白中水解分離了多種具有降低膽固醇活性的肽段,如LPYPR、LPLPR等[24]。日本批準(zhǔn)大豆肽作為降低膽固醇的特定保健食品。
豆粕多肽發(fā)揮降血脂、降膽固醇活性主要有以下幾種途徑[25-26]:①增強(qiáng)血液中的脂酶及載脂蛋白A-1(Apo AI)含量,降低載脂蛋白B(Apo B)含量,提高肝臟對脂蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)、轉(zhuǎn)化,防止脂肪過量沉積; ②阻止LDLR表達(dá),促進(jìn)膽汁酸合成,降低機(jī)體對膽固醇的重吸收,增加其糞便排泄;③促進(jìn)LDLR合成及脂質(zhì)合成酶基因表達(dá),抑制脂肪酸的合成,刺激甘油三脂的降解。
餅粕多肽相對分子質(zhì)量大小、氨基酸序列及肽鏈空間結(jié)構(gòu)與其降血脂活性都有重要的關(guān)系。目前相關(guān)研究鮮有報道,需對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步追蹤,更深層次地研究其構(gòu)效關(guān)系,為更有效控制蛋白質(zhì)水解獲得活性靶肽提供指導(dǎo)。
2.4 抗腫瘤活性
研究表明,植物活性多肽可抑制腫瘤生長,降低癌癥死亡率。Kim等[27]證實了豆粕多肽具有抗腫瘤活性,其活性多肽結(jié)構(gòu)及氨基酸序列為X-Met-Leu-Pro-Ser-Tye-Ser-Pro-Tyr。腫瘤的產(chǎn)生是多種因素綜合作用的結(jié)果,餅粕多肽的抗腫瘤機(jī)制也是多方面的。薛照輝[28]以雙低油菜籽脫殼餅粕(華雜3號)為原料,經(jīng)復(fù)合蛋白酶水解、純化制備功能性多肽RSP,結(jié)果發(fā)現(xiàn)100、150 mg/(kg·d)的RSP能抑制移植性腫瘤S180的生長,同時RSP使荷瘤小鼠血清中的SOD值升高,MDA值降低,說明RSP可能是通過其抗氧化性和提高小鼠的免疫能力來抑制腫瘤生長。另外,菜籽餅粕多肽有誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡作用。MTT實驗證明,RSP對宮頸癌Hela細(xì)胞增殖有明顯抑制作用,并呈時間-效應(yīng)和劑量-效應(yīng)關(guān)系。RSP處理后的Hela細(xì)胞熒光雙染色后出現(xiàn)凋亡細(xì)胞典型特征,TUNEL檢測發(fā)現(xiàn)陽性特征,并且所出現(xiàn)的凋亡特征均和RSP處理濃度呈正相關(guān)。對大豆中提取的抗有絲分裂肽的抗腫瘤情況進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)其對有絲分裂、細(xì)胞增殖的抑制起到抗腫瘤的作用[29]。
2.5 其他功能活性
與其他生物活性肽類似,餅粕多肽除了抗氧化、降血壓、降血脂和降膽固醇、抗腫瘤功效外,還具有其他方面的活性。如增強(qiáng)免疫、調(diào)節(jié)神經(jīng)、抗艾滋病病毒(HIV)活性[30]、抗菌活性等。龔吉軍[18]用環(huán)磷酰胺(Cy)處理小鼠建立免疫抑制動物模型,不同劑量油茶粕多肽均可對抗由Cy所致免疫降低的作用,HC50、巨噬細(xì)胞的吞噬指數(shù)和吞噬率顯著提高。中、高劑量的油茶粕多肽還可緩解模型組小鼠免疫臟器的損害,并呈劑量-效應(yīng)關(guān)系。HIV 蛋白酶在HIV復(fù)制過程中起著重要作用,是裝配新HIV分子所必需的關(guān)鍵酶。Yust等[31]用堿性內(nèi)切酶水解菜籽蛋白得到目標(biāo)多肽,測定大腸桿菌表達(dá)HIV蛋白酶的增長來評價抑制活性。結(jié)果表明,菜籽多肽可以被培養(yǎng)基中細(xì)胞吸收,有效抑制HIV蛋白酶。利用尺寸排阻色譜法純化可收集到兩個富含HIV蛋白酶抑制肽的肽段。Das等[32]用酶膜反應(yīng)器制備了芝麻蛋白水解產(chǎn)物,超濾得到多肽。研究其對綠膿桿菌和枯草芽孢桿菌的抗菌作用發(fā)現(xiàn)低相對分子質(zhì)量肽段均能抑制兩種致病菌的生長,且對綠膿桿菌的抑制效果優(yōu)于枯草芽孢桿菌。提示該類短肽有作為抑菌劑的開發(fā)潛力。
油料餅粕作為一種新型活性肽原料,加強(qiáng)對其進(jìn)一步深加工及充分開發(fā)利用研究具有非常重要的意義。就目前研究來看,我國對其研究存在一些不足。首先是短肽功能性科研與市場化有較大脫節(jié)。大多數(shù)深入研究還處于實驗室小試階段,未能大規(guī)模生產(chǎn),而市面上的短肽類產(chǎn)品只能作為輔助原料應(yīng)用,對其具體功能活性及應(yīng)用效益了解甚少?,F(xiàn)在市場上幾乎沒有特定功能活性的肽類產(chǎn)品。再者就是不同原料肽的特定功能活性有待明確。盡管一般蛋白原料具有多種活性,但其最強(qiáng)生理功效有所不同,需通過研究相應(yīng)短肽的功能活性與氨基酸序列或分子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系來確定其專門活性,以期實現(xiàn)其功能高效生產(chǎn)。
[1] 劉靜,張光華.蛋白酶解大豆多肽的理化特性[J].華僑大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2010,31(3):302-306.
[2] 羅蕾蕾.菜籽粕制備復(fù)合氨基酸螯合銅的研究[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2009.
[3] 田珍珍,李國軍,趙文恩,等.不同水分添加量對膨化菜粕品質(zhì)的影響研究[J].飼料工業(yè),2015,36 (3) :32-36.
[4] 趙濤.葵花籽粕中綠原酸和蛋白酶解肽的制備及生物活性研究[D].呼和浩特:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),2013.
[5] KADAM S U,TIWARI B K,LVAREZ C,et al.Ultrasound applications for the extraction,identification and delivery of food proteins and bioactive peptides[J].Trends Food Sci Technol,2015,46(1):60-67.
[6] CHIAVARO E,BARNABA C,VITTADINI E,et al.Microwave heating of different commercial categories of olive oil:Part II.Effect on thermal properties[J].Food Chem,2009,115(4):1393-1400.
[7] 孔令明,李芳,宗玉霞,等.超聲波輔助酶解核桃粕制備抗氧化多肽的研究[J].食品科技,2013,38 (3):214-218.
[8] LI J F,WEI F,DONG X Y,et al.Microwave-assisted approach for the rapid enzymatic digestion of rapeseed meal[J].Food Sci Biotechnol,2010,19(2):463-469.
[9] 龐廣昌,陳慶森,胡志和,等.蛋白質(zhì)的消化吸收及其功能評述[J].食品科學(xué),2013,34 (9):375-391.
[10] WANG W J,YANG W R,WANG Y,et al.Effects of soybean small peptides on rumen fermentation and on intestinal and total tract digestion of luxi yellow cattle [J].Asian-Australas J Anim Sci,2013,26(1):72-81.
[11] KOVACSNOLAN J,RUPA P,MATSUI T,et al.In vitro and ex vivo uptake of glutathione (GSH) across the intestinal epithelium and fate of oral GSH after in vivo supplementation[J].J Agric Food Chem,2014,62(39):9499-9506.
[12] 曾惠琴,周存山,金輝.血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑特性及其分類比較[J],食品研究與開發(fā),2006,27(2):135-137.
[13] FERREIRA S H,BARTELT D C,GREENE L J.Isolation of bradykinin-potentiating peptides fromBothropsjararacavenom [J].Biochemistry,1970,9:2583-2593.
[14] ALUKO R E.Antihypertensive peptides from food proteins[J].Annu Rev Food Sci Technol,2015,6(2):235-262.
[15] 張宇昊.花生短肽制備及其功能活性研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2007.
[16] NAKANO D,OGURA K,MIYAKOSHI M,et al.Antihypertensive effect of angiotensin I-converting enzyme inhibitory peptides from a sesame protein hydrolysate in spontaneously hypertensive rats [J].Biosci Biotechnol Biochem,2006,70(5):1118-1126.
[17] LI Y,SADIQ F A,LIU T J,et al.Purification and identification of novel peptides with inhibitory effect against angiotensin I-converting enzyme and optimization of process conditions in milk fermented with the yeastKluyveromycesmarxianus[J].J Funct Foods,2015,16:278-288.
[18] 龔吉軍.油茶粕多肽的制備及其生物活性研究[D].長沙:中南林業(yè)科技大學(xué),2011.
[19] YANG X,JIN L,YAO L,et al.Antioxidative nanofullerol prevents intervertebral disk degeneration [J].Int J Nanomedicine,2014,9(1):2419-2430.
[20] YOKOMIZO A,TAKENAKA Y,TAKENAKA T.Antioxidative activity of peptides prepared from okara protein [J].Food Sci Technol Int,2002,8(4):357-359.
[21] SUN Y,LIU G Q,LIU X Q.Antioxidative activity and functional properties of hydrolysates of camellia seed meal treated with trypsin[J].Adv Mater Res,2012,554/556:1174-1177.
[22] SHIMODA M,KANETO H,YOSHIOKA H,et al.Influence of atherosclerosis-related risk factors on serum high-sensitivity C-reactive protein levels in patients with type 2 diabetes:comparison of their influence in obese and non-obese patients[J].J Diabetes Investig,2016,7(2):197-205.
[23] CHO S J,JUILLERAT M A,LEE C H.Identification of LDL-receptor transcription stimulating peptides from soybean hydrolysate in human hepatocytes [J].J Agric Food Chem,2008,56(12):4372-4376.
[24] SINGH B P,VIJ S,HATI S.Functional significance of bioactive peptides derived from soybean[J].Peptides,2014,54(2):171-179.
[25] 王潔,王志江,陳繼承,等.天然食物中降血脂營養(yǎng)藥物研究進(jìn)展[J].食品科技,2014,39 (8):75-81.
[26] VELASQUEZ M T,BHATHENA S J.Role of dietary soy protein in obesity [J].Int J Med Sci,2007,4(2):72-82.
[27] KIM S E,KIM H H,KIM J Y,et al.Anticancer activity of hydrophobic peptides from soy proteins [J].Biofactors,2000,12(1/4):151-155.
[28] 薛照輝.菜籽肽段的制備及其生物活性的研究[D].武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué),2004.
[29] DE LUMEN B O.Lunasin:a novel cancer preventive seed peptide that modifies chromatin[J].J AOAC Int,2008,91(4):932-935.
[30] 萬楚筠,黃鳳洪,李文林.菜籽肽的制取及生物活性的研究進(jìn)展[J].中國油脂,2006,31(9):7-11.
[31] YUST M D M,PEDROCHE J,MEGAS C,et al.Rapeseed protein hydrolysates:a source of HIV protease peptide inhibitors [J].Food Chem,2004,87(3):387-392.
[32] DAS R,DUTTA A,BHATTACHARJEE C.Preparation of sesame peptide and evaluation of antibacterial activity on typical pathogens [J].Food Chem,2012,131(4):1504-1509.
Advance in extraction and physiological function of active peptide in oil cake and meal
GUO Tingting1,WAN Chuyun1,HUANG Fenghong1,ZENG Tao2
(1.Oil Crops Research Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Wuhan 430062,China;2.Hubei Key Laboratory of Lipid Chemistry and Nutrition,Wuhan 430062,China)
As the main by-products in oilseeds production,oil cake and meal are a kind of excellent protein resource,and can be hydrolysed to prepare active peptide.The extraction of active peptide in oil cake and meal was introduced and its physiological functions were elaborated in detail,such as reducing blood pressure,anti-oxidation,reducing blood lipid,lowering cholesterol and anti-tumor.Moreover,the development on studies of active peptide was prospected.
oil cake and meal; active peptide; extraction; physiological function
2016-05-16;
2016-10-24
國家自然科學(xué)基金(31501409);中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程(CAAS-ASTIP-2013-OCRI)
郭婷婷(1989),女,碩士,研究方向為餅粕蛋白生物酶法制取新技術(shù)(E-mail)Tingtinguo23@sina.com。
萬楚筠,博士(E-mail)tomwan@vip.qq.com;黃鳳洪,研究員,博士生導(dǎo)師(E-mail)huangfh@oilcrops.cn。
TS229;TS218
A
1003-7969(2017)02-0120-05