玉米肽的生物化學(xué)改性及其生物活性研究進(jìn)展 李俊堯

摘 要：玉米肽是由玉米蛋白經(jīng)特定酶水解成的小分子肽鏈，保留了部分氨基酸序列，有良好的溶解性與生物活性。本文探究了與金屬離子螯合、糖基化及與其他物質(zhì)復(fù)合等生物化學(xué)改性方法，并闡述改性后玉米肽在促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)元素吸收、抗氧化以及解酒方面的生物活性，為玉米肽的研究提供參考。

關(guān)鍵詞：玉米肽；生物化學(xué)改性；生物活性

Abstract： Corn peptides are formed by specific enzymatic hydrolysis of corn protein into small molecule peptide chains， retaining some amino acid sequences and exhibiting good solubility and biological activity. This article explores biochemical modification methods such as chelation with metal ions， glycosylation， and complexation with other substances， and elucidates the biological activities of modified corn peptides in promoting nutrient absorption， antioxidation， and sobering up， providing reference for the research of corn peptides.

玉米肽是經(jīng)酶解或微生物發(fā)酵工藝，從玉米蛋白質(zhì)中提煉出的小分子量肽的總稱(chēng)，其主要由滿(mǎn)足人體營(yíng)養(yǎng)需求的氨基酸組成，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，在抗腫瘤[1]、抗氧化[2]等方面表現(xiàn)出多種生物活性。肽能與金屬離子配位形成肽-金屬螯合物，提高金屬離子在生物體中的利用率，促進(jìn)人體對(duì)微量元素的吸收[3]。玉米肽和玉米醇溶蛋白可通過(guò)酶法糖基化技術(shù)修飾以提高生物活性[4]。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)已經(jīng)有玉米肽類(lèi)產(chǎn)品，其是基于營(yíng)養(yǎng)組成和功效互補(bǔ)原則，將玉米肽與其他生物活性物質(zhì)復(fù)配生產(chǎn)出的功能食品、抗疲勞食品和降血壓食品等。因此，對(duì)玉米肽生物活性的研究具有較高的價(jià)值。本文對(duì)金屬離子螯合反應(yīng)、糖基化修飾，玉米肽與其他物質(zhì)復(fù)合這3種玉米肽的生物化學(xué)改性方法以及改性后的生物活性進(jìn)行綜述，為同類(lèi)研究提供參考依據(jù)。

1 玉米肽的生物化學(xué)改性方法

1.1 玉米肽與金屬離子螯合法

玉米肽與金屬元素的螯合屬配位化學(xué)過(guò)程。經(jīng)玉米蛋白酶酶解后，玉米肽分子中氨基酸殘基的側(cè)鏈或主鏈官能團(tuán)，在特定條件下與金屬離子發(fā)生配位反應(yīng)。不同工藝條件下制備的玉米肽營(yíng)養(yǎng)元素螯合物的生物活性存在差異。因此，對(duì)玉米肽營(yíng)養(yǎng)元素螯合制備工藝進(jìn)行研究具有重要意義。

蛋白酶解工藝在多肽營(yíng)養(yǎng)元素螯合物的合成與其生物活性表現(xiàn)方面有重要影響。制備多肽的方法主要有生物酶解法、合成法、抽提法，但抽提法和合成法的操作難度大、成本較高，且化學(xué)試劑殘留較多，而生物酶解法具有操作便捷、多肽產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)，因此一般采用生物酶解法。常見(jiàn)的水解酶有胃蛋白酶、胰蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶。由于不同水解酶的酶切位點(diǎn)不同，玉米醇溶蛋白經(jīng)過(guò)不同水解酶酶解后得到分子量各異、結(jié)構(gòu)多樣的玉米活性肽，進(jìn)而展現(xiàn)出多種不同的生物活性，如抗氧化活性[5]、抗疲勞活性[6]等。近年來(lái)，研究人員對(duì)酶解法進(jìn)行了創(chuàng)新和改進(jìn)。高飛等[7]采用蜜環(huán)菌發(fā)酵產(chǎn)蛋白酶作為新酶源，與傳統(tǒng)微生物蛋白酶不同，所產(chǎn)的中性蛋白酶在40～60 ℃、pH=6～8的條件下，穩(wěn)定性良好，最適溫度為60 ℃、pH值為8，且對(duì)疏水性蛋白具有高水解活性，為玉米醇溶蛋白的酶解提供了新方向和潛在優(yōu)勢(shì)。LI等[8]用α-胰凝乳蛋白酶與羧肽酶A順序酶解玉米粗肽，精準(zhǔn)高效地改變了肽的分子結(jié)構(gòu)，結(jié)合活性炭吸附技術(shù)去除芳香族氨基酸，成功制備出費(fèi)舍爾比為41.87且低苦味的玉米寡肽。該研究結(jié)果為酶解法制備特定功能玉米肽開(kāi)拓了新思路與方法，為后續(xù)相關(guān)研究及應(yīng)用提供參考。

在螯合過(guò)程中，質(zhì)量比、溫度、pH值、時(shí)間等對(duì)金屬離子與玉米肽的螯合反應(yīng)有較大影響。由表1可知，玉米肽螯合鈣的能力最強(qiáng)，這可能是因?yàn)殁}離子與玉米肽的結(jié)合方式比較穩(wěn)定。而硒的螯合率較低，可能受其化學(xué)性質(zhì)或反應(yīng)條件限制。

1.2 玉米肽的糖基化修飾法

糖基化修飾是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)翻譯后修飾方式，指將糖基與單糖、寡糖或多糖結(jié)構(gòu)，以共價(jià)鍵的形式精準(zhǔn)連接到蛋白質(zhì)或肽鏈特定氨基酸殘基上。該修飾過(guò)程普遍存在于真核細(xì)胞中，對(duì)蛋白質(zhì)功能和細(xì)胞正常生理活動(dòng)意義重大，能使蛋白質(zhì)或肽獲得新功能。

目前，食品蛋白質(zhì)的糖基化修飾主要是通過(guò)以轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶催化的酶法糖基化反應(yīng)和美拉德反應(yīng)這2種途徑實(shí)現(xiàn)。任曉鳴等[13]以玉米肽和麥芽糊精為原料，通過(guò)美拉德反應(yīng)制備出玉米肽-麥芽糊精糖基化產(chǎn)物。李坤[14]通過(guò)超聲輔助美拉德反應(yīng)可以有效修飾羊乳清蛋白的結(jié)構(gòu)，并改善其功能性質(zhì)。然而，美拉德反應(yīng)難以精準(zhǔn)控制，易產(chǎn)生多種副產(chǎn)物，受溫度、pH值等因素的影響較大，反應(yīng)條件苛刻，且該反應(yīng)可能生成晚期糖基化終末產(chǎn)物（Advanced Glycation end Products，AGEs）等對(duì)人體有害的物質(zhì)，限制了其在安全性要求高的產(chǎn)品中應(yīng)用。而酶法糖基化反應(yīng)特異性強(qiáng)，能精準(zhǔn)地將糖基連接到玉米肽特定的氨基酸殘基上，產(chǎn)物單一，有利于后續(xù)的分離純化，且反應(yīng)條件溫和，能較好地保留玉米肽原有的功能特性。王曉杰等[15]以玉米醇溶蛋白為起始原料，運(yùn)用Alcalase堿性蛋白酶對(duì)其進(jìn)行酶解處理，從而制備出玉米肽。同時(shí)，采用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶作為生物催化劑，氨基葡萄糖作為?；慕邮荏w，通過(guò)糖基化反應(yīng)對(duì)玉米肽進(jìn)行修飾。

糖基化反應(yīng)生成的蛋白質(zhì)多糖復(fù)合物，可作為活性成分的運(yùn)輸載體，也是提升食品中蛋白質(zhì)技術(shù)功能特性的強(qiáng)化劑。大量研究表明，蛋白質(zhì)經(jīng)糖基化改性后功能特性良好。王曉杰等[16]用D-氨基葡萄糖修飾玉米肽，經(jīng)體外模擬胃腸消化、大鼠氮代謝和生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，玉米糖肽比玉米肽更能促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育，是優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)來(lái)源。

1.3 玉米肽與其他物質(zhì)復(fù)合法

玉米肽與其他物質(zhì)復(fù)合法是指將玉米肽與其他一種或多種不同活性物質(zhì)，通過(guò)物理、化學(xué)或生物等方法結(jié)合在一起，形成復(fù)合物的生物化學(xué)改性技術(shù)。這種復(fù)合方法是一種有效的改性技術(shù)，利用不同物質(zhì)之間的協(xié)同作用，能顯著改善玉米肽的理化性質(zhì)和生物活性，具有廣泛的應(yīng)用潛力。

目前，在生物活性肽制備過(guò)程中，單一原料使用普遍，多種原料綜合利用較少。單一原料可生產(chǎn)出具有特色生理功能的生物活性肽，而多種原料綜合利用能提升、拓展其生理功能，還能實(shí)現(xiàn)原料特性的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。王進(jìn)等[17]按特定比例復(fù)配大豆分離蛋白與玉米醇溶蛋白，經(jīng)堿性蛋白酶水解得到玉米-大豆復(fù)配肽，其降血壓能力和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值優(yōu)于玉米肽和大豆肽。王曉杰等[18]將大豆分離蛋白和玉米醇溶蛋白按1∶1質(zhì)量比混合，先后用麥芽粉、堿性蛋白酶Alcalase分兩步水解，得出制備復(fù)合抗氧化肽的最適條件，為后續(xù)研究玉米-大豆復(fù)合抗氧化肽的穩(wěn)定性奠定基礎(chǔ)。

部分多酚物質(zhì)易受環(huán)境因素等影響，性質(zhì)不穩(wěn)定，但通過(guò)與玉米肽復(fù)合，可顯著提高其穩(wěn)定性并更好地發(fā)揮生物活性。朱曄等[19]通過(guò)堿溶酸中和法制備姜黃素-玉米肽復(fù)合物，顯著提高了姜黃素的溶解性與穩(wěn)定性。雷蕾[20]將玉米肽與微晶甲殼進(jìn)行復(fù)合形成穩(wěn)定的新型Pickering乳液凝膠，這種乳液凝膠能有效提高姜黃素的穩(wěn)定性和抗氧化性。因此，玉米肽與生物活性肽、多酚物質(zhì)的復(fù)合，可以使其產(chǎn)物在穩(wěn)定性和生物活性上有所提高，玉米肽與一些生物活性物質(zhì)進(jìn)行復(fù)合后可顯著提高其經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值，在保健食品和醫(yī)藥領(lǐng)域具有一定的潛力。

2 玉米肽改性后生物活性的研究成果

2.1 促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)元素吸收的活性提升

營(yíng)養(yǎng)元素在促進(jìn)機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育、調(diào)節(jié)身體機(jī)能以及維持人體新陳代謝方面都有著十分重要的作用。多肽營(yíng)養(yǎng)元素螯合物與無(wú)機(jī)鹽形式的微量元素相比，更易于被人體吸收。

鐵是人體必需的微量元素，是血紅蛋白的重要組成部分，其在人體中參與重要的生理過(guò)程，如果人體缺鐵，會(huì)導(dǎo)致缺鐵性貧血，對(duì)人體的免疫功能有一定損害。徐銘笙[21]經(jīng)體外模擬消化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，乳清分離蛋白多肽與亞鐵螯合，增強(qiáng)了鐵在消化道的穩(wěn)定性，減少了游離鐵離子對(duì)胃腸道及整體健康的不良影響，優(yōu)化了鐵的吸收機(jī)制，顯著提高了鐵元素的生物利用度。部分多肽能憑借序列中特定的氨基酸殘基螯合金屬離子，這種結(jié)合穩(wěn)定高效，可提升生物體對(duì)鐵元素的吸收利用率[22]。根據(jù)多肽能促進(jìn)鐵離子吸收利用的特性，通過(guò)玉米血管緊張素轉(zhuǎn)化酶（Angiotensin-Converting Enzyme，ACE）抑制肽與鐵元素的協(xié)同作用進(jìn)行螯合，以制備效果更優(yōu)的補(bǔ)鐵劑。馮依婷[23]通過(guò)超聲輔助梯度補(bǔ)料酶膜耦合玉米ACE抑制肽與亞鐵離子螯合，制備了具有ACE抑制活性和促鐵吸收雙重功能的肽-鐵螯合物。

鈣是人體必需的營(yíng)養(yǎng)元素，通常以化合物的形式存在，是人體占比最高的無(wú)機(jī)元素。缺鈣可能是機(jī)體攝入不足，也可能是人體內(nèi)環(huán)境失衡及某些激素分泌不足，影響鈣的吸收利用效率。因此，鈣離子對(duì)調(diào)節(jié)機(jī)體生理功能意義重大。焦巖等[24]利用有機(jī)溶劑沉淀技術(shù)，以玉米肽和無(wú)機(jī)氯化鈣為原料，制備出納米級(jí)肽螯合鈣，并初步探討其機(jī)理，為新型補(bǔ)鈣制劑的開(kāi)發(fā)提供參考。QU等[25]運(yùn)用雙頻超聲波增強(qiáng)法制備玉米肽螯合鈣微膠囊，大幅提高了鈣螯合物的溶解性，且經(jīng)超聲波處理和封裝的微膠囊在胃腸道消化時(shí)及體外均呈現(xiàn)出明顯的緩釋效果。因此，玉米肽與營(yíng)養(yǎng)元素螯合后，可以補(bǔ)充人體必需的營(yíng)養(yǎng)元素，從而提高人體的免疫力和防止某些疾病的發(fā)生。

2.2 抗氧化活性的增強(qiáng)機(jī)制

抗氧化物質(zhì)能提供電子與DPPH自由基的不成對(duì)電子配對(duì)，中和自由基。此外，羥基自由基氧化性強(qiáng)，可與生物體內(nèi)脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、DNA等反應(yīng)，引發(fā)細(xì)胞損傷與氧化應(yīng)激。因此，可通過(guò)測(cè)定DPPH和羥基自由基的清除率，來(lái)評(píng)判物質(zhì)的抗氧化能力。

玉米肽與金屬離子螯合后抗氧化活性增強(qiáng)，源于螯合物結(jié)構(gòu)改變了電子云分布。在玉米肽-Ca螯合物中，鈣離子與玉米肽氨基酸殘基以配位鍵結(jié)合，促使玉米肽分子電子云重排，增強(qiáng)其供電子能力，更易與DPPH自由基的不成對(duì)電子配對(duì)，從而清除自由基。盧知浩等[26]對(duì)比抗壞血酸、玉米肽、玉米肽鈣螯合物3種樣品的DPPH自由基清除率，計(jì)算半抑制濃度（Half Maximal Inhibitory Concentration，IC50）發(fā)現(xiàn)，玉米肽鈣螯合物IC50值低于玉米肽，且濃度達(dá)10 mg·mL-1時(shí)，螯合物的清除活性更高，高濃度下的效能優(yōu)于玉米肽，但當(dāng)樣品濃度超1 mg·mL-1時(shí)，兩者的清除率無(wú)顯著差異。

糖基化修飾可提升玉米肽的抗氧化活性，這主要是由于糖基與肽鏈結(jié)合改變了分子空間構(gòu)象。在谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶催化殼寡糖糖基化修飾玉米肽時(shí)，糖基連接到玉米肽特定的氨基酸殘基上，增大了分子親水性與空間位阻。親水性增強(qiáng)使玉米肽更易與自由基反應(yīng)，空間位阻變化則阻擋自由基攻擊肽鏈，減少氧化反應(yīng)，顯著提高對(duì)DPPH自由基和羥自由基的清除率。童玲等[27]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶催化殼寡糖糖基化修飾后，玉米肽對(duì)DPPH自由基、羥自由基的清除率顯著提高，抗氧化活性大幅提升。

玉米肽與其他物質(zhì)復(fù)合能提升抗氧化活性，源于不同分子間的協(xié)同作用。在玉米-大豆復(fù)合肽中，玉米肽富含丙氨酸、亮氨酸等支鏈氨基酸，大豆肽氨基酸組成與結(jié)構(gòu)不同，二者復(fù)合形成更復(fù)雜穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，擁有更多活性位點(diǎn)，能有效捕捉自由基。朱志紅等[28]研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度乙醇洗脫大豆玉米復(fù)合肽的水溶液，其抗氧化活性不同，在乙醇濃度為50%時(shí)，對(duì)DPPH和羥基自由基的清除率均達(dá)最高，其中羥基自由基清除率可達(dá)50.02%，抗氧化活性較強(qiáng)。玉米肽作為一種天然的抗氧化物質(zhì)，通過(guò)與金屬離子螯合、糖基化修飾、與其他肽復(fù)合這3種改性方法處理后，其抗氧化活性可更好發(fā)揮，在食品領(lǐng)域頗具潛力。

2.3 解酒活性的探索

近年來(lái)，由于酒精引起的相關(guān)疾病越來(lái)越多，探尋一種高效且低毒的解酒方法已成為研究的熱點(diǎn)。相關(guān)研究已經(jīng)表明玉米肽具有良好的解酒活性和護(hù)肝功能[29]。江賢超[30]通過(guò)掃描電鏡圖和二級(jí)結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，糖基化反應(yīng)改變了玉米肽的微觀結(jié)構(gòu)與二級(jí)結(jié)構(gòu)，且二級(jí)結(jié)構(gòu)的無(wú)序性增強(qiáng)，從而提升了解酒活性。此外，玉米肽與姜黃素結(jié)合時(shí)，對(duì)解酒活性有一定提升。朱曄等[19]對(duì)酒精誘發(fā)的小鼠肝損傷模型進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)姜黃素-玉米肽復(fù)合物能明顯緩解小鼠醉酒現(xiàn)象，有效延長(zhǎng)小鼠酒精作用下的清醒時(shí)間，展現(xiàn)良好的解酒能力。同時(shí)，該復(fù)合物可調(diào)節(jié)小鼠體內(nèi)生化指標(biāo)，降低血清谷草轉(zhuǎn)氨酶、谷丙轉(zhuǎn)氨酶水平，減少肝組織內(nèi)甘油三酯與丙二醛的含量，提升肝臟中還原型谷胱甘肽的濃度，在解酒的同時(shí)保護(hù)肝臟。由此可見(jiàn)，玉米肽在復(fù)合物中憑借獨(dú)特的解酒活性，對(duì)緩解醉酒、保護(hù)肝臟意義重大，為解決酒精相關(guān)問(wèn)題提供了新思路和途徑。

3 結(jié)語(yǔ)

玉米肽的來(lái)源廣、成本低，其還是一種天然產(chǎn)物，沒(méi)有副作用。近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步，人們的生活水平也在不斷提高，對(duì)健康也越來(lái)越重視，隨著對(duì)玉米肽生物活性研究的深入，玉米肽逐漸走進(jìn)大眾視野，使得玉米肽可以用于開(kāi)發(fā)相應(yīng)的保健食品等，但對(duì)于玉米肽的復(fù)合相關(guān)研究報(bào)道較少，希望可通過(guò)更先進(jìn)的技術(shù)對(duì)玉米肽進(jìn)行更深層次的研究，開(kāi)發(fā)多功能、高附加值的產(chǎn)品。探索其在新型食品體系中的應(yīng)用，提高生物利用度與藥效穩(wěn)定性，推動(dòng)玉米肽在食品和醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展，從而帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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