大米多肽的功能及應(yīng)用研究進(jìn)展

馬俊，王婷，劉海霞，任佳蕾，陸世海，李丕武*

（1.齊魯工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院，山東省微生物工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250300；2.山東大樹達(dá)孚特膳食品有限公司，山東 菏澤 274002）

我們國(guó)家是一個(gè)盛產(chǎn)稻谷的大國(guó)，在2019年全年國(guó)內(nèi)稻谷的生產(chǎn)總量達(dá)到了2.1億噸以上[1]，居于世界各國(guó)稻谷總產(chǎn)量的第一位，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位[2]。大米中蛋白質(zhì)的含量約為7.4%，主要存在于稻谷的米糠、碎米部分，在加工稻谷的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的碎米和米糠，我國(guó)每年會(huì)產(chǎn)生2 000萬噸的碎米和1 400萬噸米糠[3]，其中絕大部分經(jīng)過簡(jiǎn)單的烘干或粉碎處理后，直接作為蛋白飼料出售，經(jīng)濟(jì)效益沒有得到充分發(fā)揮。近期大量的研究表明，制備的大米多肽分子量較小，更利于人體吸收，調(diào)節(jié)人體免疫[4]，可以作為制備提高人體健康水平的保健類產(chǎn)品，包括保健食品營(yíng)養(yǎng)制劑、疫苗和特醫(yī)食品等。大米多肽本身營(yíng)養(yǎng)十分豐富，含有人體所需的各種氨基酸，且屬于低抗原性蛋白，在滿足人體對(duì)多種營(yíng)養(yǎng)成分需求的同時(shí)不會(huì)造成身體的不良反應(yīng)[5]。此外，大米多肽作為具有調(diào)節(jié)免疫功能的功能性食品，已經(jīng)列入衛(wèi)生部批準(zhǔn)的產(chǎn)品目錄[6]。在使用加工性能方面，大米多肽較其他來源的蛋白質(zhì)或多肽更易吸收，在更寬范圍的pH值內(nèi)均可溶于水，對(duì)熱較穩(wěn)定[7]。近年來，隨著對(duì)大米多肽研究地不斷深入，發(fā)現(xiàn)其在各方面展示出了較大的優(yōu)勢(shì)，引起了更多消費(fèi)者的關(guān)注，大米多肽的制備以及應(yīng)用已經(jīng)成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。

1 大米多肽功能的研究進(jìn)展

1.1 免疫調(diào)節(jié)活性

免疫是人體的一種生理機(jī)能，能夠抵抗病毒微生物等侵入人體，保護(hù)人體健康。最新的研究表明，大米多肽具有一定的免疫調(diào)節(jié)功能。Takahashi等[8]利用胰蛋白酶酶解大米蛋白獲得一種新型的功能活性肽，具有收縮回腸功能以及抗阿片生物活性。Fang等[9]利用RAW264.7細(xì)胞模型篩選出富硒大米蛋白水解物中具有免疫調(diào)節(jié)功能的含硒肽，并對(duì)高活性蛋白水解物中的含硒肽進(jìn)行純化和鑒定，最終發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的TSeMMM含硒肽序列，該含硒肽的濃度為80 μg/mL時(shí)具有較強(qiáng)的免疫調(diào)節(jié)活性，有望成為改善人體健康的功能性食品添加劑。

1.2 預(yù)防年齡相關(guān)性認(rèn)知功能衰退和癡呆

近年來，居民生活水平不斷提高，然而在老年人群中，認(rèn)知功能障礙和癡呆等老年病的發(fā)病率卻顯著提高[10-11]。Corpuz等[12]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)發(fā)酵大米肽（fermented rice peptide，F(xiàn)RP）可以通過調(diào)節(jié)海馬區(qū)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)信號(hào)通路減輕東莨菪堿誘導(dǎo)的小鼠記憶障礙，防止記憶損傷。實(shí)驗(yàn)過程中將FRP注射進(jìn)小鼠腹腔內(nèi)，連續(xù)7 d向腹腔內(nèi)注射東莨菪堿，在被動(dòng)回避實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)RP可以抑制東莨菪堿所導(dǎo)致的認(rèn)知障礙。與對(duì)照組相比，小鼠海馬區(qū)經(jīng)東莨菪堿處理后乙酰膽堿酯酶的活性顯著升高，乙酰膽堿水平顯著降低。這表明，F(xiàn)RP可以防止記憶損傷的潛在機(jī)制可能與ERK/CREB/BDNF信號(hào)通路的調(diào)節(jié)有關(guān)，F(xiàn)RP很可能成為一種潛在的預(yù)防年齡相關(guān)性認(rèn)知功能減退和癡呆的藥物。

1.3 抗衰老功效

抗衰老功效的評(píng)價(jià)方法有很多[13]，主要還是以清除自由基為基礎(chǔ)，研究其抗氧化性。近年來，隨著醫(yī)美行業(yè)的興起，生物多肽抗衰老功效的研究逐漸成為研究熱點(diǎn)。李火云等[14]研究了大米多肽對(duì)3種自由基（DPPH自由基、超氧陰離子自由基、羥自由基）的清除效果，此外還做了人體功效實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將大米多肽添加到化妝品中，當(dāng)添加量為4.0 g/kg且使用者連續(xù)使用4周以上時(shí)，能夠達(dá)到很好的抗皮膚衰老的功效。由此可見，大米多肽具有一定的抗衰老功效，深入研究其抗衰老功效機(jī)理并將其應(yīng)用到化妝品中，將來會(huì)有廣闊的市場(chǎng)前景。

1.4 抗高尿酸活性

人體血液中尿酸的濃度升高，將會(huì)導(dǎo)致痛風(fēng)癥，造成人的關(guān)節(jié)疼痛紅腫，嚴(yán)重影響人體健康。Liu等[15]從野生稻去殼果實(shí)的提取物中分離出一種新的抗高尿酸肽（rice-derived-peptide-1，RDP1），通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，攝入RDP1的大鼠的血尿酸和血肌酐含量顯著降低，降低了患高尿酸血癥腎病的概率。通過分子對(duì)接試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，RDP1會(huì)占據(jù)黃嘌呤氧化酶與黃嘌呤的結(jié)合位點(diǎn)，從而抑制尿酸形成，且該肽對(duì)大鼠并沒有毒性，在多種溫度下都比較穩(wěn)定，因此該抗高尿酸肽為降尿酸藥物的開發(fā)提供了新的選擇。

1.5 預(yù)防牙周炎

自20世紀(jì)80年代末以來，人們?cè)絹碓疥P(guān)注口腔健康不良對(duì)整體健康產(chǎn)生重大影響的可能性[16]。在這方面研究最多的口腔疾病是炎癥性牙周病，通常以慢性牙周炎的形式出現(xiàn)，被認(rèn)為是全球第二大口腔疾病[17]，在疾病全球負(fù)擔(dān)清單上排名第四。Tamura等[18]研究發(fā)現(xiàn)，大米肽REP9和REP11能夠明顯抑制炎癥和破骨細(xì)胞相關(guān)分子的轉(zhuǎn)錄活性，在結(jié)扎誘導(dǎo)的牙周炎小鼠中，用大米肽進(jìn)行局部治療可以抑制炎癥性骨丟失，由此可見，大米多肽對(duì)于牙周炎有一定的保護(hù)作用，未來可能成為一種潛在的抗炎癥藥物。

1.6 其他生物功能活性

大米多肽除了具有以上生物功能活性外，還具有許多其他的生物功能。Michelke等[19]研究發(fā)現(xiàn)，大米蛋白水解后得到的含色氨酸和酪氨酸的混合肽對(duì)血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（angiotensin converting enzyme，ACE）具有一定的抑制作用，甚至有可能用來預(yù)防高血壓。Qian等[20]從轉(zhuǎn)基因水稻中提取了多種降壓肽，將該降壓肽灌胃給患有高血壓的大鼠，隨后發(fā)現(xiàn)其收縮壓明顯降低，未來大米多肽很有可能成為天然降壓藥的一種來源。Taniguchi等[21-22]從米糠蛋白（rice branprotein，RBP）的酶解產(chǎn)物中鑒定出具有抗菌和脂多糖中和活性的多功能陽離子多肽，并發(fā)現(xiàn)陽離子肽RBP-LRR、RBP-EKL和RBP-SSF在最佳濃度分別為10、10、0.1 mmol/L時(shí)能夠促進(jìn)傷口閉合，可作為傷口愈合劑的候選化合物。

2 大米多肽的生產(chǎn)工藝

大米多肽的制備方法主要有兩種，分別是酶解法和堿法。其中，酶解法比較溫和，酶解過程容易控制[7]，且安全性較高；堿法制備大米多肽的主要問題是高堿條件下蛋白質(zhì)變性失活[23]，且對(duì)氨基酸有破壞作用，存在一定的安全性問題，因此還未得到廣泛應(yīng)用。近年來，越來越多的國(guó)內(nèi)外科學(xué)家開始研究大米多肽的制備工藝，使用不同的酶制備并不斷優(yōu)化其工藝條件，從而使其產(chǎn)率達(dá)到最高。

Uraipong等[24]用堿性蛋白酶（60℃，pH8.0）、風(fēng)味蛋白酶（50℃，pH6.0）、中性蛋白酶（45℃，pH7.0）和復(fù)合蛋白酶（50℃、pH7.0）4種商用蛋白酶在10 mmol/L磷酸鹽緩沖液中對(duì)米糠白蛋白進(jìn)行酶解，酶與底物比為 1∶100（質(zhì)量比），振蕩水浴，水解時(shí)間為 240 min，最終發(fā)現(xiàn)復(fù)合蛋白酶的酶解液水解度最高。

申衍豪等[25]對(duì)制備大米多肽的最佳水解酶進(jìn)行了研究，采用了5種水解酶（枯草芽孢桿菌堿性蛋白酶、米曲霉中性蛋白酶、米曲霉酸性蛋白酶、復(fù)合酶、胰蛋白酶）分別對(duì)大米蛋白進(jìn)行水解，并通過化學(xué)模擬體系評(píng)價(jià)了大米多肽的抗氧化性，最終研究表明枯草芽孢桿菌堿性蛋白酶能夠很好地作用于大米蛋白，而其他蛋白酶的水解效果都不太理想，在其濃度達(dá)到5.00 mg/mL～50.00 mg/mL時(shí)還原能力較高。

李素云等[26]采用了一種輔助酶解的方式，利用超聲波輔助加速大米蛋白的溶解，從而制備性質(zhì)更為優(yōu)越的大米多肽，其生理功能、營(yíng)養(yǎng)特性和加工性能都顯著提升，對(duì)工藝條件進(jìn)行優(yōu)化后，得出最優(yōu)工藝條件為超聲溫度50℃、超聲功率密度51.8 W/L，超聲時(shí)間15 min。在此工藝條件下，大米多肽的得率達(dá)到了70.57%。

張君慧等[27]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)精制中性蛋白酶處理后的酶解效果較其他4種蛋白酶的效果更為優(yōu)異，而后通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面分析得出精制中性蛋白酶酶解大米蛋白制備大米多肽的最佳酶解條件為底物濃度5.0%、酶底物比2.0%、pH7.0、溫度37.5℃、時(shí)間4.16 h。

呂志佳[28]以大米多肽的得率為指標(biāo)，研究了酶解pH值、時(shí)間、溫度、加酶量以及料液比對(duì)大米多肽得率的影響，結(jié)果表明，在酶解初始pH11.0、反應(yīng)4 h、溫度55℃、加酶量0.8%以及料液比1∶12（g/L）時(shí)最有利于大米多肽的提取，在此條件下大米多肽的得率最高，為46.11%。

趙曉蕾[29]以大米渣為原料，利用蛋白酶K對(duì)其進(jìn)行酶解，研究結(jié)果表明，酶解起始pH6.0、蛋白酶K添加量 6 000 U/g、料液比 1∶7（g/mL）、酶解溫度 60 ℃以及反應(yīng)時(shí)間為6 h時(shí)，大米多肽的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最高，為39.67%。

酶解法制備大米多肽的關(guān)鍵是蛋白酶的選擇，由于蛋白酶的種類、來源不同，反應(yīng)的產(chǎn)物差異性非常明顯，單酶產(chǎn)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求，多種蛋白酶組合是酶解法生產(chǎn)大米多肽的趨勢(shì)，采用復(fù)合酶技術(shù)，大米多肽的產(chǎn)率可達(dá)85%以上，針對(duì)不同大米副產(chǎn)物，需要根據(jù)原料蛋白的特征，進(jìn)行蛋白酶的復(fù)配組合，并借助多種輔助技術(shù)，提高大米多肽產(chǎn)率。

3 大米多肽的應(yīng)用前景

隨著研究方法和技術(shù)手段的不斷提高，人們對(duì)大米多肽的生理功能、營(yíng)養(yǎng)功能以及其他的一些功能的研究更加深入[30]，大米多肽已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在生物化工、飼料產(chǎn)業(yè)、生物醫(yī)藥、食品工業(yè)、化妝品以及保健產(chǎn)品等領(lǐng)域中[31]。相信在不久的將來，大米多肽將為人類生命活動(dòng)和健康做出巨大的貢獻(xiàn)。

3.1 用作食品添加劑

近年來，研究發(fā)現(xiàn)大米多肽可以用作改善人體健康的潛在功能性食品添加劑[32]。日常生活中我們常會(huì)用冷凍面團(tuán)發(fā)酵制作饅頭等面食，然而冷凍會(huì)造成其面筋結(jié)構(gòu)以及發(fā)酵特性發(fā)生一定的變化，解凍后面團(tuán)所制作的食物品質(zhì)嚴(yán)重下降。將大米多肽適當(dāng)?shù)靥砑拥嚼鋬雒鎴F(tuán)中，可以有效地減緩冷凍儲(chǔ)藏對(duì)面筋結(jié)構(gòu)以及酵母活力的破壞，提高使用冷凍面團(tuán)所制作的面食的品質(zhì)特性[33]。

3.2 用于制作功能飲料

大米多肽具有很好的溶解性，且具有降高血壓的功效，黏度低，熱穩(wěn)定性好，能降低人們的疲勞程度，是非常好的運(yùn)動(dòng)恢復(fù)產(chǎn)品原料[34]，因此可以將其用于制作功能性飲料[35]。不僅提高了飲料的穩(wěn)定性以及營(yíng)養(yǎng)性，還可以增強(qiáng)免疫，降低高血壓，維持人體健康。

3.3 制作營(yíng)養(yǎng)保健品

大米多肽不僅能夠?yàn)槿梭w的生長(zhǎng)發(fā)育提供所需要的營(yíng)養(yǎng)，其在代謝調(diào)節(jié)和調(diào)控中也起著非常重要的作用[36]。大米多肽具有預(yù)防疾病、調(diào)節(jié)人體生理機(jī)能[37]的作用，可廣泛應(yīng)用于食補(bǔ)保健品中。大米多肽可以降低人體膽固醇，從而減少發(fā)生動(dòng)脈硬化等相關(guān)癥狀的疾病，可以作為生產(chǎn)適合中老年人保健品的原料。此外，大米多肽還具有低致敏性、營(yíng)養(yǎng)均衡等優(yōu)點(diǎn)，適用于制作嬰幼兒奶粉以及中老年人奶粉[38-39]，促進(jìn)嬰幼兒吸收營(yíng)養(yǎng)，加快生長(zhǎng)發(fā)育，同時(shí)利于中老年人吸收營(yíng)養(yǎng)，維持身體健康。此外，相關(guān)學(xué)者研究證明，為了增強(qiáng)人體機(jī)能，健身人群每天可以適當(dāng)?shù)厥秤么竺锥嚯?，達(dá)到增強(qiáng)肌肉的效果[28]。

3.4 應(yīng)用于化妝品

大米多肽具有降低血壓、抗氧化以及延緩人體衰老的作用，可以用于生產(chǎn)化妝品等美妝產(chǎn)品。在化妝品美容行業(yè)中，將大米多肽作為原料添加進(jìn)去，可以起到美白、保濕、抗衰老等功效，且研究證明80%大米多肽對(duì)皮膚不會(huì)產(chǎn)生刺激性或有毒反應(yīng)，因此十分安全[40]。

3.5 用作起泡劑和乳化劑

大米蛋白的溶解性能較差，經(jīng)蛋白酶酶解后，再經(jīng)過水解和脫氨作用可以加速蛋白溶解，并使大米多肽的乳化能力和乳化穩(wěn)定性顯著增加，從而具有很好的起泡性能，可以用做起泡劑，也可以用作乳化劑[6，41-42]。

4 展望

近年來，生物活性肽的制備和研發(fā)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)成為一個(gè)深受關(guān)注的熱點(diǎn)。將大米蛋白進(jìn)行酶解，以此得到的大米多肽營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高，且具有很高的生物效價(jià)，在人體內(nèi)也更容易被吸收。大米多肽可以添加到保健食品、化妝品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)中，從而提高產(chǎn)品的價(jià)值和功能，進(jìn)一步促進(jìn)人體健康，延緩衰老等。隨著科技的發(fā)展以及科研技術(shù)水平的提高，大米多肽的發(fā)展前景廣闊。