植物蛋白多肽的研究進(jìn)展

喬楊波，莊蕾，黃偉華，吳森

(青海大學(xué) 畜牧獸醫(yī)科學(xué)院，西寧 810016)

植物蛋白是不同于動物蛋白的另一種人類所需的蛋白質(zhì)來源，對人體健康具有重要的生理調(diào)節(jié)作用。有研究表明，相比食用動物蛋白，食用植物蛋白的人患心血管疾病的幾率要顯著低于食用動物蛋白的人；多食用植物蛋白，可使慢性腎病患者的生命延長，同時也可起到預(yù)防糖尿病的作用[1]。雖然植物蛋白多為不完全蛋白，但是，與動物蛋白相比，植物蛋白生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)成本低，無動物養(yǎng)殖場地限制，不產(chǎn)生溫室氣體，有諸多動物蛋白生產(chǎn)所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。隨著世界人口增長，耕地面積減少、全球變暖等問題出現(xiàn)，使用植物蛋白替代動物蛋白正逐漸被越來越多的人所關(guān)注[2-4]。多肽是一類分子量介于50～10000 Da，結(jié)構(gòu)介于氨基酸和蛋白質(zhì)之間的分子聚合物，通常帶有2～7個氨基酸殘基，分子量低，易于被人體消化和吸收，同時具有特殊生理功能，對人體的生命活動具有一定的調(diào)節(jié)作用。而植物蛋白多肽是植物蛋白在特定條件下水解后形成的一種小分子多肽，從而產(chǎn)生良好的乳化性，具有抗氧化，抗過敏、抗糖尿病、抗癌癥等多種生理功能[5-11]。此外，植物蛋白經(jīng)水解后所產(chǎn)生的小肽類物質(zhì)及氨基酸，會表現(xiàn)出一些特定的風(fēng)味調(diào)節(jié)作用，將其應(yīng)用于傳統(tǒng)的調(diào)味品及美拉德反應(yīng)制品中，會提升產(chǎn)品的濃厚感，使得口感更加醇厚，使產(chǎn)品的整體風(fēng)味更加協(xié)調(diào)自然，可廣泛應(yīng)用于調(diào)味品領(lǐng)域中。植物蛋白本身并不具有生物活性，只有在特定的條件下水解后產(chǎn)生植物蛋白多肽才會表現(xiàn)出特殊的生物活性[11]。本文就植物蛋白多肽的生物活性和制備方法做簡單論述，以期為相關(guān)研究提供一定的理論參考。

1 植物蛋白多肽的生物活性

1.1 抗氧化與清除自由基

某些植物蛋白水解后制得的蛋白多肽能夠降低自動氧化速率，并具有清除人體自由基，從而達(dá)到抗氧化的作用。吳峰等[12]以脫脂亞麻籽粕為原料，提取亞麻籽粕蛋白，通過酸性蛋白酶酶解制得亞麻多肽，酶解后的亞麻多肽對DPPH自由基與超氧陰離子自由基的清除率最高分別可達(dá)89.99%與85.57%，具有較強(qiáng)的抗氧化能力；韓雅利等[13]用不同蛋白酶酶解苜蓿葉中的蛋白質(zhì)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)胰蛋白酶水解后得到的苜蓿蛋白多肽對DPPH自由基、羥自由基、超氧陰離子自由基等都具有較好的清除能力。而且與化學(xué)合成的抗氧化多肽相比，植物蛋白多肽屬于天然的抗氧化多肽，對人體危害較小，安全性高，且抗氧化能力突出，更具開發(fā)利用的價值。

1.2 抑菌、殺菌能力

近年來，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中抗生素的大量使用、濫用，疾病相關(guān)致病菌的耐藥性不斷提升，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用藥日益艱難。而且隨之而來的抗生素殘留問題愈發(fā)突出，人類主動或被動接受抗生素劑量、種類提升，人類面對疾病的用藥也步履維艱。因此，尋找新的天然的抑菌、抗菌、殺菌的抗生素替代藥物迫在眉睫而植物蛋白多肽無疑是一種較好的選擇。一些植物源多肽與傳統(tǒng)的抗生素藥物相比，同樣具有抑菌、殺菌作用，而且無毒、無害、無殘留，抑菌濃度低，正逐漸成為新的研究熱點(diǎn)。例如，楊葉梅等[14]就辣椒籽肽的抑菌效果進(jìn)行測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，辣椒籽抗菌肽展現(xiàn)了廣譜的抑菌活性，具有良好的熱、金屬離子、蛋白酶、紫外線和變性劑穩(wěn)定性；馮林慧[15]檢測了大豆蛋白多肽對于黑曲霉的抑制作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在使用濃度為3.00 mg/mL的大豆蛋白多肽處理后，黑曲霉正常細(xì)胞數(shù)降低至11.81%，掃描電鏡觀測發(fā)現(xiàn)，經(jīng)大豆蛋白多肽處理后的黑曲霉細(xì)胞壁、細(xì)胞膜和細(xì)胞器的功能均發(fā)生障礙，誘導(dǎo)細(xì)胞失去生命力而死亡等。利用好辣椒籽肽、大豆蛋白多肽等植物蛋白多肽，有望開發(fā)新型天然殺菌抑菌藥物、食品防腐劑、食品添加劑等，在替代抗生素、人工合成化學(xué)藥品的同時，可達(dá)到安全、高效、綠色的目的。

1.3 降血壓、抗血栓等藥物特性

隨著人民生活水平的提高與居民膳食結(jié)構(gòu)的改變，肥胖、高血壓、高血脂等“富貴病”越來越成為人類的健康殺手，全球高血壓人群數(shù)量逐年升高?，F(xiàn)階段高血壓病人主要采用藥物治療，然而化學(xué)合成藥物對人體具有一定的副作用，僅對病理性高血壓患者降壓效果明顯，普通人群很難通過服用藥物達(dá)到預(yù)防高血壓的目的。在殷金蓮等[16]的研究中，以榛子粕為原料，經(jīng)中性蛋白酶酶解，可制備一種血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)抑制肽，該榛子粕蛋白多肽對ACE的抑制率可達(dá)91.76%，具有較強(qiáng)的抗高血壓效果；而余虹等[17]以龍須菜蛋白為原料，采用胰蛋白酶對其酶解工藝進(jìn)行優(yōu)化，酶解龍須菜蛋白后形成的龍須菜蛋白多肽對ACE的抑制率可達(dá)72.37%，同樣具有一定的降血壓效果。此外，最新的研究表明植物源多肽還具有多種生物活性，如：抗炎癥、抗糖尿病、抗血栓、抗癌癥等，這也預(yù)示著植物源多肽在生物體免疫系統(tǒng)中有望發(fā)揮出更好的免疫抵抗功能，具有巨大的醫(yī)用、藥用研究價值。

2 植物蛋白多肽的制備方法

植物蛋白多肽的制備有多種方法，常用的有生物酶促法水解、微生物發(fā)酵、化學(xué)酸堿消化、人工合成等。各種制備方法工藝不同，也各有優(yōu)劣，現(xiàn)就各方法進(jìn)行簡述。

2.1 酶促法水解

植物蛋白，尤其是谷物類植物蛋白，在水性介質(zhì)中的溶解度很低，嚴(yán)重阻礙了人體對其的吸收與利用，因此為了提高植物蛋白的溶解度，降低植物蛋白質(zhì)的分子大小，促進(jìn)離子型蛋白質(zhì)與水的相互作用，減弱疏水性來源的蛋白質(zhì)的相互作用就顯得十分必要。

酶法水解是指使用蛋白質(zhì)水解酶，以植物蛋白質(zhì)為底物對其進(jìn)行酶解，借以制得植物蛋白水解多肽的方法。其作用條件溫和，操作簡便，水解條件易控制，對蛋白質(zhì)和多肽營養(yǎng)成分破壞較小。由于蛋白酶種類繁多，且每種酶的作用位點(diǎn)不同，因此可以選擇性地對植物蛋白進(jìn)行酶解，以達(dá)到預(yù)期目的。而酶解后的蛋白多肽一般具有較強(qiáng)的生物活性，如抗氧化、抗過敏、抗病毒等特殊生理功能[18-20]。此外，深度酶解還可獲得寡聚肽和游離氨基酸，不僅可作為呈味物質(zhì)，亦是美拉德反應(yīng)的良好原料[21]。

通過酶法水解可以顯著提高蛋白質(zhì)的水溶性。江連洲等[22]采用多種蛋白質(zhì)水解酶對大豆蛋白進(jìn)行酶解，發(fā)現(xiàn)經(jīng)堿性蛋白酶水解后的大豆蛋白溶解率可達(dá)到91.12%，較酶解之前的蛋白質(zhì)溶解率顯著提升，且經(jīng)酶解后，蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)也可得到一定程度的改善；王章存等[23]采用風(fēng)味蛋白酶對大豆蛋白酶解，酶解后不但有效降低了大豆蛋白的抗原性，同時也使得原有大豆蛋白的乳化性、起泡性顯著提高，在一定程度上改善了大豆蛋白的加工性能。同時一些新的輔助預(yù)處理也有利于提高酶促水解法產(chǎn)生蛋白多肽生物活性。例如，許晶等[24]在酶解前對大豆球蛋白(11S)和β-伴大豆球蛋白(7S)進(jìn)行超聲波預(yù)處理，還用堿性蛋白酶對其進(jìn)行酶解，結(jié)果發(fā)現(xiàn)超聲波預(yù)處理可暴露酶解活性位點(diǎn)，有效提高酶解效率，且預(yù)處理后，大豆球蛋白(11S)和β-伴大豆球蛋白(7S)酶解物的還原能力、羥自由基清除能力都得到顯著提高。此外，在酶解過程中采用超高壓輔助、微波輔助等措施，也可提高蛋白質(zhì)的酶解效率，提高蛋白質(zhì)的水解度，在大大縮短蛋白質(zhì)酶解時間的同時，可極大提高蛋白質(zhì)的利用率。

2.2 微生物發(fā)酵

酶法水解因會導(dǎo)致低分子肽的釋放，其含有疏水性氨基酸殘基，尤其是亮氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸，致使水解后的多肽產(chǎn)生苦味。植物蛋白，尤其是谷物類植物蛋白，含有多種抗?fàn)I養(yǎng)因子，如抗原蛋白、胰蛋白酶抑制因子、水蘇糖、脲酶等，阻礙了人體對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用。此外，植物中存在的某些成分還會導(dǎo)致人體的過敏反應(yīng)，在美國記錄的八大食物過敏源中，由于大豆所導(dǎo)致的食物過敏比例可達(dá)90%以上，通過微生物發(fā)酵可以顯著地改善上述問題[25-27]。以植物蛋白為底物，通過接種微生物對其進(jìn)行發(fā)酵，可有效去除由酶水解導(dǎo)致多肽形成的苦味。微生物在發(fā)酵過程中可以產(chǎn)生外肽酶，外肽酶可在多肽鏈?zhǔn)杷园被岬母浇M(jìn)行酶解，進(jìn)而去除蛋白質(zhì)水解產(chǎn)生的苦味。

通過微生物發(fā)酵制備植物蛋白多肽，可以顯著改善植物蛋白的功能特性，提升其加工性能。柳旺等通過米曲霉固態(tài)發(fā)酵大豆蛋白，在一定蛋白質(zhì)水解度下，可以使大豆蛋白的持水性、溶解度、硬度和咀嚼性分別提高21.41%、115.26%、13.04%和20.00%，極大地提高了大豆蛋白的加工特性。與酶促發(fā)酵法制備植物蛋白多肽類似，在微生物發(fā)酵法制備植物蛋白多肽過程中，采用一定的輔助處理措施可以提高微生物發(fā)酵蛋白的效率。例如羅娟[28]在采用枯草芽孢桿菌對豆粕的發(fā)酵過程中，輔以超聲波刺激，可以使原料中可溶性蛋白含量及多肽含量得到巨大提升，提升幅度分別可達(dá)15.06%和24.42%。超聲波輔助在提高微生物發(fā)酵制備植物蛋白多肽效率的同時，也提高了目標(biāo)物質(zhì)的產(chǎn)量，具有良好的應(yīng)用價值。

另外，采用微生物發(fā)酵法制備植物蛋白多肽還有著一般酶促水解法所沒有的優(yōu)勢。蛋白質(zhì)在微生物發(fā)酵的過程中，不但是微生物的發(fā)酵底物，同時還為微生物的生長繁殖提供能量，因此使得蛋白質(zhì)的利用效率得以提升。同時，微生物種類繁多，在發(fā)酵過程中，微生物個體本身還會分泌一些小肽等活性物質(zhì)，不僅增加了產(chǎn)物的營養(yǎng)價值，還使得發(fā)酵產(chǎn)物具有多樣性。同酶解法相比，微生物在發(fā)酵過程中并不只是產(chǎn)生一種酶，而是會產(chǎn)生多種酶，由其構(gòu)成復(fù)合酶系，共同對蛋白質(zhì)進(jìn)行發(fā)酵，使底物水解得更加徹底，蛋白質(zhì)的水解度更高。不過，由于使用多種酶對蛋白質(zhì)進(jìn)行酶解，且在發(fā)酵過程中，由于微生物代謝機(jī)理復(fù)雜，還會產(chǎn)生大量的初級代謝產(chǎn)物與次級代謝產(chǎn)物，從而使得蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物的分離純化難度進(jìn)一步加大。

2.3 強(qiáng)酸強(qiáng)堿水解

各種各樣的蛋白質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜混合物，形成了不同的風(fēng)味物質(zhì)，然而在其中起主要作用的則是游離氨基酸和多肽。最常見的引起蛋白質(zhì)片段化的反應(yīng)是水解，而通過強(qiáng)酸強(qiáng)堿水解蛋白質(zhì)分子可生成分子大小更均一或游離較小的肽或氨基酸，而這些恰好是某些風(fēng)味物質(zhì)的前體，因此，商業(yè)上已經(jīng)通過酸水解蛋白質(zhì)生產(chǎn)美拉德反應(yīng)所生產(chǎn)的各種風(fēng)味物質(zhì)[29]。酸水解法制得的植物蛋白多肽主要用于生產(chǎn)食品調(diào)味料或作為生產(chǎn)咸味香精的基料。韓碩等[30]以植物蛋白粉為原料，通過鹽酸水解，將其水解產(chǎn)物應(yīng)用于蠔油的生產(chǎn)過程中，能夠明顯提升蠔油的風(fēng)味和口感，提升蠔油的營養(yǎng)價值。魏然等[31]通過酸水解植物蛋白制得植物蛋白膏，研究其在麻辣香菇醬中的應(yīng)用，結(jié)果表明，在麻辣香菇醬中添加一定量的植物蛋白膏，可制得麻辣適口、味道鮮美、口感醇厚的營養(yǎng)佐餐醬。豆海港等[32]以酶水解后的豬骨髓浸膏為原料，通過加入水解植物蛋白液制得的豬骨髓浸膏肉味濃郁。研究表明酸水解使得蛋白質(zhì)水解更為迅速徹底，產(chǎn)物為L型氨基酸，且不會發(fā)生消旋作用[33]。然而由于酸水解對蛋白質(zhì)破壞性大，酸腐蝕性強(qiáng)，在生產(chǎn)過程中對環(huán)境和人體具有一定的損害，且水解條件不易控制，難以達(dá)到預(yù)期的水解效果，因此很難運(yùn)用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)[34]。

2.4 其他植物蛋白多肽的制備方法

以傳統(tǒng)的方法從植物體中制備的植物多肽由于其不確定性，產(chǎn)物難以分離，反應(yīng)程度難以控制等因素已不能滿足人們的需求。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對于植物源多肽的研究也不斷深入，人工合成人體所需、具有指定的特殊生理功能的多肽正逐漸成為研究熱點(diǎn)。

類蛋白反應(yīng)就是一種人工合成特定蛋白多肽的方法。類蛋白反應(yīng)是將濃縮后的蛋白水解物在合適的條件下通過酶的作用形成膠狀蛋白類物質(zhì)的過程。該催化反應(yīng)一般需要3個處理過程，即蛋白質(zhì)的水解、水解產(chǎn)物的濃縮干燥、氨基酸補(bǔ)充后的再酶解反應(yīng)。類蛋白反應(yīng)可以顯著改善蛋白質(zhì)的營養(yǎng)成分，尤其是谷物類蛋白質(zhì)，可補(bǔ)充其限制性氨基酸，同時，通過類蛋白反應(yīng)可以降低疏水性氨基酸的含量，改善蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物的風(fēng)味。此外，通過類蛋白反應(yīng)可以提高蛋白質(zhì)原有的功能特性，也可進(jìn)行新蛋白資源的研究與開發(fā)。因此類蛋白反應(yīng)正逐漸成為食品行業(yè)探究的熱點(diǎn)之一。1963年，美國人Merrifield首次提出了固相多肽合成法(SPPS技術(shù))。多肽合成首先要確定出目標(biāo)肽段中氨基酸的組成及排列順序，再將相鄰的兩個氨基酸的羧基端和氨基端以酰胺鍵的方式相連[35]，隨后逐個添加單個氨基酸進(jìn)行充分反應(yīng)。但是，SPPS技術(shù)合成多肽具有一些缺點(diǎn)，比如，多肽必須是結(jié)構(gòu)和順序明確的肽，對于未知的肽鏈無法合成；合成過程中還會產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)復(fù)雜；一般還需運(yùn)用高效液相的技術(shù)進(jìn)行合成多肽鏈的分離純化[36-37]。

另一種常用、高效的蛋白多肽合成方法是利用生物工程合成。生物工程技術(shù)中的基因重組技術(shù)可以將具有功能的目標(biāo)多肽基因整合到宿主菌中進(jìn)行克隆表達(dá)，通過該方法得到的多肽產(chǎn)量和純度有很大的提高，且得到的多肽表達(dá)定向性強(qiáng)，是目前獲得某特定生物活性肽的有效途徑之一，該方法在生物醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用廣闊。

3 展望

植物蛋白水解多肽由于其具有多種多樣的生物活性，對人體起著重要的生理作用，正被越來越多的科研工作者所關(guān)注，從發(fā)現(xiàn)至今，其生理功能一直被不斷發(fā)掘，制備方法也在不斷創(chuàng)新，其制品也廣泛地應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)。與動物源多肽相比，植物源多肽具有成本低、來源廣、功能性成分繁多等特點(diǎn)。同時，由于植物資源豐富，越來越多的新型植物資源正逐漸發(fā)展成為新的植物多肽來源，其相應(yīng)的生理功能、功能因子也不斷被科研工作者們深入探討，具有廣闊的開發(fā)及應(yīng)用前景。此外，新型蛋白多肽的合成技術(shù)，如基因重組、類蛋白反應(yīng)、固相多肽合成等技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，正不斷為植物蛋白多肽的發(fā)展注入新的動力，提供新的思路，相信在不久的將來，植物源多肽一定會被越來越多的人所熟知，發(fā)揮其巨大的生物價值。