酵母來源生物活性肽研究進(jìn)展

董長(zhǎng)勇，張 欣，譚海濤，于偉厚

（大連雙迪科技股份有限公司，遼寧大連 116635）

生物活性肽是生物源蛋白質(zhì)釋放的對(duì)機(jī)體生命活動(dòng)有益或具有生理作用的多肽類化合物，一般由2 ～20個(gè)氨基酸殘基組成，這些蛋白質(zhì)片段除具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值外，還兼具生理活性和藥理作用。因生物活性肽中的氨基酸組成、大小、序列和理化性質(zhì)的不同，生物活性肽具有抗高血壓、抗氧化、抗菌、礦物質(zhì)結(jié)合、類阿片、減脂、降膽固醇、抗血栓及免疫調(diào)節(jié)活性等多種功效[1]。

酵母菌屬于真核微生物，它不僅被用于食品發(fā)酵、生物合成及生物防治等，還可用于生產(chǎn)多種生物活性化合物，如生物活性肽、β-葡聚糖、谷胱甘肽、γ-氨基丁酸、有機(jī)硒和低聚糖等[2]。由于蛋白質(zhì)占比高（占干重的35%～60%），酵母日益成為生產(chǎn)生物活性肽的可持續(xù)來源[3]。生物活性肽的釋放方式有水解、發(fā)酵、消化等。近年來，工業(yè)副產(chǎn)品的再利用促使人們對(duì)酵母源肽的抗氧化、降壓、降血糖、抗?jié)兒涂箰盒约?xì)胞增殖等特性進(jìn)行研究。隨著附加值的提升，酵母源肽在食品、制藥和生物工程領(lǐng)域的重要性越來越顯著[4-5]。

1 酵母生物活性肽的制備

1.1 酶解自溶提取

酵母胞質(zhì)和膜中蛋白的釋放需要破壁，但該過程會(huì)影響回收值以及提取物的生物活性，這也是酵母制品在生產(chǎn)中面臨的難題[3]。細(xì)胞裂解方法中的酶解自溶法常用于酵母加工制品的生產(chǎn)，但其成本較高。自溶法利用終末周期細(xì)胞中內(nèi)源性蛋白酶和氨肽酶介導(dǎo)的自噬機(jī)制，在溫和條件下可確保細(xì)胞溶解，此時(shí)母體蛋白依次水解產(chǎn)生具有生物活性的較小片段（73%～75%），一般由二肽、三肽、四肽（＜600 Da）、寡肽（2 ～3 kDa）和較大的寡肽（＞3 kDa）組成[4]。

內(nèi)源蛋白酶的水解活性受自溶條件的影響，產(chǎn)物肽的釋放程度及生物活性會(huì)因提取方法的不同而產(chǎn)生差異[6]。肽的生物活性水平主要取決于氨基酸序列，水解程度和條件也會(huì)通過影響分子量和分布情況來間接影響其生物活性。因此需要嚴(yán)格控制酶種類、酶底比（E/S）及反應(yīng)時(shí)間、pH 值、溫度、底物濃度、酶活性等條件才能達(dá)到最佳水解效果。

1.2 酵母發(fā)酵生產(chǎn)

酵母在發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)中起重要作用，能賦予產(chǎn)品獨(dú)特的營(yíng)養(yǎng)、質(zhì)地和風(fēng)味。乳制品也是生物活性肽的高質(zhì)量來源，一些從發(fā)酵乳制品中分離的酵母菌株可表達(dá)羧肽酶和氨基肽酶，進(jìn)而產(chǎn)生多種生物活性肽[7]。例如，哥倫比亞傳統(tǒng)發(fā)酵乳制品Kumis中分離的馬克斯克魯維酵母菌株KL26A 具有高水平蛋白水解活性，可產(chǎn)生ACE-I 肽[8]。與乳酸桿菌單一發(fā)酵相比，κ-酪蛋白和α-S1-酪蛋白在乳酸桿菌、鏈球菌和克魯維酵母（15 ∶15 ∶1）的混合發(fā)酵系統(tǒng)中降解程度更高，低分子量肽（＜1 kDa）含量顯著增加[7]。可生產(chǎn)生物活性肽是酵母發(fā)酵過程的重要特性，因此新型生物活性肽生產(chǎn)的最佳發(fā)酵條件同樣值得研究。與酶解法相比，發(fā)酵法的生產(chǎn)成本相對(duì)較低，但其低產(chǎn)量和低特異性阻礙了生物活性肽發(fā)酵工業(yè)的開發(fā)[9]。

1.3 酵母生長(zhǎng)過程中釋放

抗菌能力是衡量菌株益生菌潛力的重要指標(biāo)[10]。發(fā)酵過程中，為保持其在復(fù)雜微生物群落中的活力和優(yōu)勢(shì)，酵母會(huì)產(chǎn)生多種具有抗菌活性的化合物[11]。其中抗菌肽是一種包含5 ～100個(gè)氨基酸的寡肽，對(duì)細(xì)菌、霉菌及部分病毒具有抗性。與傳統(tǒng)抗生素不同，抗菌肽不易觸發(fā)細(xì)菌的耐藥性且具有較低的細(xì)胞毒性，因此有望成為抗生素替代品[12]。例如，THYAB 等[13]鑒定了一種由釀酒酵母ATCC 36858 產(chǎn)生的分子量為9.77 kDa 的耐熱抗菌肽，該肽在pH 值4 ～7 時(shí)對(duì)枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、產(chǎn)氣克雷伯氏菌和金黃色葡萄球菌等具有活性。

酵母細(xì)胞釋放肽的抗菌活性發(fā)揮機(jī)制為陽離子肽可與陰離子膜化合物相互作用來殺滅微生物，而陰離子肽則通過跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)使細(xì)胞膜透化并抑制DNA、RNA 合成，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡[14]?？咕尼尫判徒湍改軌蛞种聘瘮∥⑸锏纳L(zhǎng)且成本較低，若選擇性地利用可減少食品行業(yè)對(duì)化學(xué)防腐劑的需求。

2 酵母源肽的生物活性

2.1 抗氧化活性

高濃度的活性氧是人體衰老和一些疾病的誘因，天然抗氧化劑可使細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷，近年來被廣泛研究[15]。JUNG 等[16]利用肽酶制劑Flavourzyme?水解酵母細(xì)胞并進(jìn)行超濾，首次觀察到酵母源肽的體外抗氧化能力。還有研究學(xué)者分別從釀酒酵母和馬克斯克魯維酵母中純化得到了具有ABTS+·清除活性的肽序列[5]。除體外活性外，酵母源肽的細(xì)胞水平抗氧化活性也是當(dāng)前和今后研究的主題。研究表明，胰蛋白酶水解獲得的釀酒酵母抽提物中，分子量＜3 kDa 和3 ～5 kDa 的超濾肽組分有助于抑制Caco-2 細(xì)胞中H2O2介導(dǎo)的脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化[17]。此外，酵母源肽還可以通過激活抗氧化酶，在降低蛋白質(zhì)和脂質(zhì)氧化方面發(fā)揮作用[18]。

2.2 抗高血壓活性

來源于酵母蛋白的ACE-I 肽是化學(xué)降血壓藥物的天然替代品[19]。酵母中產(chǎn)生的ACE-I 肽類型由所用蛋白酶決定，溶壁酶及胃蛋白酶、胰蛋白酶、堿性蛋白酶等均已用于生產(chǎn)[5,20]。VIEIRA 等[21]研究發(fā)現(xiàn)，釀酒酵母自溶物中的生物活性肽（＜5 kDa 部分）可被胃腸道吸收，并具有抗氧化和抗高血壓的潛力。自發(fā)性高血壓大鼠口服含有疏水性氨基酸的三肽和四肽（＜3 kDa）水解物后，收縮壓、舒張壓和平均血壓顯著降低[3]。此外，使用由枯草芽孢桿菌粗酶獲得的1 200 mg·kg-1酵母水解液處理大鼠4 h 后，收縮壓從185.2 mmHg 下降到156.8 mmHg，給藥15 d 后收縮壓下降至20.5 mm Hg[20]。研究表明，酵母蛋白水解釋放的ACE-I 肽能夠以活性代謝產(chǎn)物形式發(fā)揮作用，可作為功能性藥物或營(yíng)養(yǎng)制劑的組成成分。

2.3 其他生物活性

除上述活性外，有報(bào)道還指出了酵母源肽在抗炎、抗糖尿病、抗?jié)兒涂鼓[瘤等方面的特性。WILLIAMS 等[22]研究表明，啤酒酵母和面包酵母連續(xù)酶解后獲得的富含糖肽的抽提物可通過谷氨酰胺酶、corolase PN-L、堿性蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶和胰蛋白酶抑制人體全血中IFN-γ 的產(chǎn)生，具有抗炎特性。JUNG 等[16]研究了通過風(fēng)味蛋白酶（50 ℃，E/S：1/100）獲得的釀酒酵母源肽的降血糖潛力，該水解物中環(huán)二肽His-Pro（CHP）含量高，在注射后的120 min 內(nèi)，I 型和II 型糖尿病小鼠模型的血糖水平均顯著降低。AMORIM 等[23]研究了釀酒酵母源肽對(duì)胃潰瘍性病變的潛在保護(hù)作用，結(jié)果顯示，＜3 kDa 的肽組分能夠顯著減少Wistar 潰瘍大鼠模型的胃損傷。此外，該提取物在2.5 μg·mL-1濃度下抑制了＞50%的K-562 白血病細(xì)胞系的增殖，表明其在白血病防治方面具有潛在效果。

3 酵母源肽在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用

食品發(fā)酵用酵母通常具有多種不同類型的蛋白酶和肽酶，其能夠?qū)⑹澄镏械牡鞍踪|(zhì)水解為富含生物活性肽的提取物或游離氨基酸[8]?！督湍府a(chǎn)品質(zhì)量要求》（GB/T 20886—2021）規(guī)定，蛋白水解酵母菌株可生產(chǎn)具有特定健康益處的食源性生物活性肽，可用于功能性食品和保健食品。這些肽還能提高產(chǎn)品的保水性、起泡性、乳化性和溶解性?！短厥忉t(yī)學(xué)用途配方食品通則》（GB 29922—2013）規(guī)定，特醫(yī)食品中非全營(yíng)養(yǎng)配方食品的蛋白質(zhì)（氨基酸）營(yíng)養(yǎng)素組分來源可選擇蛋白質(zhì)水解物和肽類。

酵母中蛋白質(zhì)和多肽的質(zhì)量較高，是素食及動(dòng)物蛋白敏感人群的理想選擇。酵母蛋白質(zhì)在細(xì)胞破碎加工過程中的酶解率高達(dá)94%，是一種優(yōu)質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)和功能補(bǔ)充物，具備食品應(yīng)用性[24]。糊狀酵母抽提物包含所有必需氨基酸及B 族維生素，可用于素食、谷類食品、蔬菜汁等需要富含這些營(yíng)養(yǎng)的食品中[25]。目前，酵母肽已被應(yīng)用于低GI 體重控制代餐粉的研發(fā)，可通過緩釋葡萄糖來抑制人體血糖的上升速度[26]。此外，酵母抗菌肽可應(yīng)用于易腐食品基質(zhì)的保存。

4 結(jié)語

酵母富含優(yōu)質(zhì)蛋白，是有前途的經(jīng)濟(jì)型生物活性肽來源。傳統(tǒng)生物活性肽制備方法主要包括酶解自溶和發(fā)酵，標(biāo)準(zhǔn)化是其發(fā)展趨勢(shì)。從乳制品中獲得酵母發(fā)酵產(chǎn)物肽更利于人體消化吸收。目前，生產(chǎn)肽含量高，RNA、多糖和纖維素含量低的酵母生物活性肽產(chǎn)品仍是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，快速高效的提取方法成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。隨著工藝的完善，微波、超聲輔助萃取等預(yù)處理技術(shù)及膜分離等回收技術(shù)與傳統(tǒng)方法結(jié)合，可進(jìn)一步提高低分子肽的產(chǎn)率[27]。未來，亞臨界水水解等綠色安全可持續(xù)的新型加工方法也有望在酵母生物活性肽制備中得到應(yīng)用[28]。

目前，將酵母源肽的功效潛力轉(zhuǎn)化為商業(yè)應(yīng)用的過程中，在生產(chǎn)效率、感官特性及體內(nèi)有效性等方面仍然存在一定的挑戰(zhàn)，今后的研究應(yīng)集中于生物功能、生理特性和潛在機(jī)制的探索。同時(shí)，生產(chǎn)和純化方法對(duì)其穩(wěn)定性、安全性的影響同樣亟待研究[29]。此外，借助生物信息學(xué)和組學(xué)工具、動(dòng)物模型和人體臨床研究預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)具有特定功能的新肽序列，將加速酵母生物活性肽從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)。