乳清蛋白生物活性肽及其應(yīng)用前景

趙立娜, 汪少蕓, 黃一帆

(1.福州大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院,福建福州 350002;2.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,福建福州 350002)

乳清蛋白生物活性肽及其應(yīng)用前景

趙立娜1,2, 汪少蕓1,*, 黃一帆2

(1.福州大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院,福建福州 350002;2.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,福建福州 350002)

隨著對生物活性肽的功能研究及分離、提取技術(shù)的成熟和研究與開發(fā)乳源活性肽的興起,研究者發(fā)現(xiàn)乳清蛋白中含有多種生物活性的潛在肽段.綜述了近年來乳清蛋白生物活性多肽的研究進(jìn)展,介紹了其抗氧化活性、ACE抑制活性、降膽固醇活性及其他活性的作用機(jī)理和研究概況.隨著研究水平的提高,乳清蛋白生物活性肽的功能特性必將得到充分的開發(fā)和利用.

乳清蛋白;生物活性肽;抗氧化;ACE抑制;降膽固醇

蛋白質(zhì)是牛乳中主要的營養(yǎng)成分之一,其中80%是酪蛋白,20%是乳清蛋白[1].沉淀分離酪蛋白時上清液中的多種蛋白質(zhì)組分統(tǒng)稱為乳清蛋白,包括α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、免疫球蛋白、乳鐵蛋白、乳過氧化物酶、糖巨肽、生長因子以及生物活性因子和酶等[2].經(jīng)過特殊工藝濃縮精制可得不同蛋白質(zhì)濃度的乳清濃縮蛋白(whey protein concentrate, WPC)或乳清分離蛋白(whey protein isolation, WPI).乳清蛋白營養(yǎng)價值高,容易被人體消化吸收,代謝效率和生物學(xué)價值高,被公認(rèn)為人體優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)補(bǔ)充劑[3].

近年來,乳源活性肽的研究與相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)逐漸興起,乳清蛋白中具有生物活性的潛在肽段越來越多被研究者發(fā)現(xiàn)[4-8],這可以促進(jìn)乳清蛋白產(chǎn)品的營養(yǎng)功能提升,提高乳清蛋白產(chǎn)品的附加值,具有重大的現(xiàn)實意義.

1 乳清蛋白生物活性肽

1.1 乳清蛋白抗氧化肽

隨著營養(yǎng)學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展,研究者發(fā)現(xiàn)介于蛋白質(zhì)和氨基酸間的肽類與氨基酸、大分子蛋白質(zhì)等其他生物分子相比較食用安全性更高,活性更強(qiáng),與蛋白質(zhì)和氨基酸相比其抗氧化性往往更為顯著[9].關(guān)于動、植物蛋白的酶解物抗氧化活性已有很多相關(guān)研究.目前已有關(guān)于乳清蛋白酶解物在脂質(zhì)氧化體系[10-11]中抗氧化作用的研究,酶解乳清蛋白中的α-乳白蛋白和β-乳球蛋白制備抗氧化活性肽[12],以及將乳清水解物添加于熟肉制品中以抑制冷藏過程中的脂類氧化[13]的報道.乳清蛋白肽的抗氧化作用日益成為研究的熱點(diǎn).

彭新顏等[14]利用堿性蛋白酶酶解乳清蛋白,對其水解產(chǎn)物在不同體系中的抗氧化活性進(jìn)行研究.結(jié)果表明,乳清蛋白酶解條件為底物濃度5%、蛋白酶量的添加量2%、水解時間5 h時,酶解產(chǎn)物具有最高的抗氧化能力.樸姍善等[15]采用胰蛋白酶水解乳清蛋白,以超氧陰離子的清除率為指標(biāo)對酶解條件進(jìn)行優(yōu)化,得到酶解工藝的最佳參數(shù),所得酶解產(chǎn)物對超氧陰離子的清除率為16.08%,DPPH自由基的清除率可達(dá)43.56%.凌玉芳等[16]研究乳清蛋白酶解物對PC12細(xì)胞氧化損傷體外防護(hù)作用,選用胃蛋白酶及胰蛋白酶模擬人體的消化過程對乳清蛋白進(jìn)行酶解,大孔樹脂吸附洗脫酶解產(chǎn)物脫鹽后用所得產(chǎn)物對氧化損傷的PC12細(xì)胞進(jìn)行干預(yù)防護(hù).研究表明,乳清蛋白酶解產(chǎn)物相對分子量集中在1 000 u以下,在適宜濃度下對由H2O2誘導(dǎo)引起的PC12細(xì)胞氧化損傷有防護(hù)作用,與Qian等[17]研究結(jié)果一致,且具有促進(jìn)PC12細(xì)胞生長作用,但其作用機(jī)制尚待探明.許柳[18]利用4種不同的蛋白酶酶解乳清蛋白,以清除羥基自由基活性為指標(biāo),篩選出胰蛋白酶酶解物抗氧化能力最強(qiáng),并應(yīng)用于冷卻鴨肉保鮮中,結(jié)果顯示乳清蛋白酶解物對冷卻鴨肉在貯藏期間抑制脂肪氧化的效果顯著.

目前,乳清蛋白肽抗氧化機(jī)理尚未明確,但研究表明酶解物的抗氧化活性與肽段中某些氨基酸的組成、數(shù)量及排列順序有關(guān)[19].抗氧化肽可以與金屬離子螯合、作為供氫體或供電子體清除自由基和促進(jìn)過氧化物的分解,由此推測在酶解過程中破壞了乳清蛋白原有的緊密結(jié)構(gòu),在酶的不同作用位點(diǎn)產(chǎn)生了具有不同結(jié)構(gòu)或不同末端氨基酸的多肽,從而具有自由基清除作用.除了對自由基清除外,多肽可以在脂質(zhì)體周圍形成物理屏障,有效阻斷脂質(zhì)氧化現(xiàn)象的發(fā)生.另外,膜的形成使得脂質(zhì)體的表面特性改變,表層疏水性尾部加長,表面乳化穩(wěn)定性增強(qiáng),進(jìn)而提高氧化穩(wěn)定性[20].

1.2 乳清蛋白ACE抑制肽

高血壓是一種以動脈收縮壓或舒張壓升高為特征的臨床綜合癥,隨著生活水平的提高和社會節(jié)奏的加快,高血壓患者呈年輕化趨勢,這一現(xiàn)象引起了全社會的普遍關(guān)注[21].血管緊張素轉(zhuǎn)化酶 (angiotensin converting enzyme,ACE)是含鋅二肽羧酶,在人體血壓的調(diào)節(jié)中起著重要的作用,可以催化血管緊張素I從C-端裂解二肽形成血管緊張素II,鈍化舒緩激肽,導(dǎo)致血壓升高[22].ACE抑制肽對ACE的親合度高于血管緊張素I或舒緩激肽,并且不易從ACE結(jié)合區(qū)釋放,可以有效防止ACE催化血管緊張素I轉(zhuǎn)化為血管緊張素II,催化舒緩激肽水解失活,達(dá)到降低血壓的目的[23].

自Ferreira[24]首次從蛇毒中分離出一種具有抑制ACE活性的小肽,從各種天然原料中提取ACE抑制肽的研究引起了廣泛關(guān)注.目前,人們已從多種蛋白質(zhì)中分離純化得到結(jié)構(gòu)、序列及大小不一的具有ACE抑制活性的小肽[25].乳源ACE抑制肽安全性高且無副作用,在高血壓的防治中具有重要的研究和應(yīng)用價值,目前已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn).

Mullally等[26]利用胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、Corolase和PNT酶水解α-乳白蛋白、β-乳球蛋白和乳清濃縮蛋白,研究其水解物抑制ACE的活性,發(fā)現(xiàn)未水解的底物具有較低的 ACE抑制率(＜10%),乳清蛋白水解后得到的水解物具有73%～90%的ACE抑制率.Anne等[27]利用胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、胃蛋白酶水解乳清蛋白,發(fā)現(xiàn)胰蛋白酶水解物和復(fù)合蛋白酶水解乳清蛋白所得的水解物具有抑制ACE的活性,并通過超濾和反向液相色譜分離出8條ACE抑制肽,IC50在77～1 062μm. Cornelly等[28]利用二次正交旋轉(zhuǎn)設(shè)計,研究預(yù)處理溫度、底物濃度、pH值、溫度和水解時間等因素對胰蛋白酶乳清蛋白水解物抑制ACE活性的影響,發(fā)現(xiàn)通過調(diào)整這5個因素的條件可控制乳清蛋白水解物的ACE抑制率.徐思源[29]使用復(fù)合酶水解乳清蛋白制備乳清蛋白降壓肽,采用正交試驗確定最佳酶解條件,所得乳清蛋白水解物的 ACE抑制率為60.19%,水解度為11.92%,并利用超濾和離子交換樹脂對乳清蛋白肽進(jìn)行純化精制后飼喂原發(fā)性高血壓鼠,結(jié)果表明乳清蛋白水解肽能降低鼠的血壓和ACE活性,與對照組相比有明顯的效果,且對鼠的體重不產(chǎn)生影響.

1.3 乳清蛋白降膽固醇肽

研究證明,飲食中添加乳清蛋白可以降低血清中的膽固醇,包括極低密度脂蛋白膽固醇(VLDLC)和低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)[30],有效預(yù)防動脈粥樣硬化.因此,乳清蛋白源活性肽具有潛在的巨大研究價值.

目前,利用大豆蛋白[31]和酪蛋白研究食物源蛋白生物活性肽對動物或人類血清膽固醇水平影響的研究較多,而對牛乳清蛋白源生物活性肽對血液膽固醇水平的影響研究較少.Nagaoka等[32]利用胰蛋白酶酶解牛乳β-乳球蛋白(β-Lg),從酶解液中分離出的一種5肽Ile-Ile-Ala-Glu-Lys,通過動物實驗證明與beta-谷甾醇(一種降膽固醇藥物)相比,該肽可以顯著降低小鼠血清膽固醇水平.高學(xué)飛[33]利用乳清蛋白以豬肝臟中HMG-CoA還原酶活性變化的體外檢測方法制備具有降血液膽固醇效應(yīng)的生物活性肽,證明分子量范圍2 000～12 000 u之間的乳清蛋白源活性肽具有較高 HMG-CoA還原酶抑制活性,可以降低血液中膽固醇、甘油三酯水平(p＜ 0.05),減小動脈硬化指數(shù),還能促進(jìn)生長、減少脂肪沉積(p＜0.05).

乳清蛋白源降膽固醇活性肽作用機(jī)理還沒有完全明確.通過對膽固醇代謝及肽類物質(zhì)的吸收特點(diǎn)的分析,提出一種降膽固醇生物活性肽的作用機(jī)理的假設(shè),即活性肽可在膽固醇腸肝循環(huán)途徑中起作用,通過結(jié)合膽汁酸來抑制內(nèi)源膽固醇的重吸收,從而降低血清膽固醇水平,乳清蛋白源降膽固醇活性肽同樣適用這個假設(shè)[33].乳清蛋白源降膽固醇活性肽的另一個作用途徑是減少外源膽固醇的吸收.

1.4 乳清蛋白肽其他生物活性

1.4.1 降血糖活性

近年來,大量動物實驗和對人群進(jìn)行的臨床研究都發(fā)現(xiàn)乳清蛋白具有降血糖尤其是餐后血糖的作用[34-37].徐慶等[38]采用堿性蛋白酶水解乳清蛋白,透析后進(jìn)行動物實驗,發(fā)現(xiàn)乳清蛋白水解多肽水解度為14.8%,多肽分子量分布在900～1 900 u,大部分集中在1 800～1 900 u時能降低灌胃后KKAy糖尿病小鼠血糖、顯著升高灌胃后0.5 h血清胰島素水平,證明乳清蛋白水解多肽能有效降低KKAy小鼠空腹血糖、隨機(jī)血糖和改善糖耐量.

1.4.2 提高記憶能力

徐琳琳等[39]利用分子量集中在180～1 000 u范圍內(nèi)的乳清蛋白小分子肽混合物喂食小鼠,探討乳清蛋白肽對 C57BL/6J小鼠學(xué)習(xí)記憶能力的影響,結(jié)果顯示乳清蛋白肽1.35%劑量組能顯著提高實驗動物的空間學(xué)習(xí)記憶能力.但是其具體發(fā)揮生理功效的肽分子序列及其作用機(jī)制需要進(jìn)一步的研究.

1.4.3 促進(jìn)乳酸菌增殖

研究證明,添加乳清蛋白和酪蛋白酶解產(chǎn)物對乳酸菌具有增殖的效果[40-41].在乳酸菌培養(yǎng)介質(zhì)中添加乳清蛋白、酪蛋白等可明顯改善乳酸菌的生長,加入還原劑后不僅某些乳酸菌的耐氧效果提高,還可以顯著延長酸奶中嗜酸乳桿菌和雙歧桿菌的存活期限[42-44].白鳳翎等[45]利用胃蛋白酶水解乳清蛋白對乳清蛋白酶解物促嗜酸乳桿菌增殖作用進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)水解度為12.51%時,乳清蛋白水解物與經(jīng)過超濾和凝膠過濾后的分離物對嗜酸乳桿菌B有較好的增殖作用,其中分子量1 000 u以下的酶解產(chǎn)物增殖效果最為顯著.

1.4.4 促進(jìn)礦物元素吸收

促礦物元素吸收肽,即礦物元素結(jié)合肽,在其中心位置有磷酸化的絲氨酸基團(tuán)和谷氨酰殘基,能與鈣、鐵和鋅等金屬離子結(jié)合,阻止金屬離子與磷酸根反應(yīng)產(chǎn)生沉淀,增加小腸內(nèi)可溶性的鈣、鐵和鋅的濃度,從而促進(jìn)腸道內(nèi)必需金屬離子的吸收.據(jù)資料顯示,乳清蛋白中的α-乳白蛋白具有金屬離子結(jié)合性質(zhì),能夠促礦物元素的吸收.郭麗麗等[46]采用胰蛋白酶水解乳清蛋白來制備促礦物元素吸收肽,結(jié)果表明在pH 8.0、底物濃度7.0%、酶底比70∶1、水解溫度45℃、水解時間100 min的條件下得到活性最強(qiáng)的礦物元素結(jié)合肽.此條件下水解液中氨基氮含量為0.272mg/mL,產(chǎn)生的肽具有最強(qiáng)的體外持鈣活性.

2 乳清蛋白肽的應(yīng)用前景

乳清是干酪生產(chǎn)中的副產(chǎn)物,早期乳清廢棄物曾引起嚴(yán)重的環(huán)境污染問題,造成資源巨大浪費(fèi).目前,乳清中含有的生理活性蛋白質(zhì)、多肽等成分成為研究熱點(diǎn),這些功能性成分可廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥工業(yè)產(chǎn)業(yè).由于乳清蛋白肽含有多種功效成分,并具有多種優(yōu)良的加工特性,因此在食品工業(yè)中的應(yīng)用也越來越被人們所重視.

黃玉鳳等[47]以乳清為原料,經(jīng)胰蛋白酶水解后與茶汁調(diào)配成乳清多肽茶飲料,使多酚物質(zhì)與乳清蛋白結(jié)合,減弱了茶汁的澀味和刺激性,制得的乳清多肽茶飲料具有茶香和奶香的融合香味,降解的乳清多肽更容易被人體消化吸收.齊海萍等[48]利用菠蘿汁中所含蛋白水解酶將乳清蛋白部分水解成功能性多肽,再進(jìn)行脫苦調(diào)配成菠蘿乳清多肽飲料,提高了乳清蛋白的利用率,為乳清蛋白的深度開發(fā)利用提供參考.

曲杜娟等[49-50]研究了濃縮乳清蛋白的中性蛋白酶酶解物對酸奶發(fā)酵的影響,發(fā)現(xiàn)乳清蛋白水解物可以明顯促進(jìn)酸奶的發(fā)酵、縮短發(fā)酵時間,且能顯著地增加儲藏期酸奶中的乳酸菌總數(shù).

乳清蛋白源生物活性肽具有極高的營養(yǎng)價值、食用安全性及生理保健功能,可作為功能性食品或食品添加劑應(yīng)用到人們?nèi)粘Ｉ钪?目前關(guān)于乳清蛋白的研究主要集中在營養(yǎng)特性和物理性質(zhì)的研究,并對其酶解后多肽的抗氧化性及抗ACE活性有一定的研究.但是,伴隨著研究的深入,僅研究乳清蛋白酶解物特定的生物活性已無法滿足人們的需求.國內(nèi)外對氨基酸和多肽金屬螯合均有相關(guān)研究,若對乳清蛋白肽和金屬離子螯合工藝進(jìn)行研究,制備乳清蛋白肽-金屬離子螯合物,便可充分發(fā)揮乳清蛋白肽和金屬離子對人體的雙重營養(yǎng)功效,為乳清蛋白的應(yīng)用提供一條新思路,其必將擁有廣闊的市場.

3 展 望

乳蛋白是人們研究活性肽類最為深入的一種蛋白質(zhì),乳源蛋白的酶解產(chǎn)物提供大量短肽.隨著對生物活性肽的功能研究及分離、提取技術(shù)的成熟,逐步開發(fā)出具有不同功能的乳源性活性肽、乳源性生物活性肽必將成為生理學(xué)界和營養(yǎng)學(xué)界新的研究熱點(diǎn).盡管目前發(fā)現(xiàn)的乳清蛋白源生物活性肽段種類較少,且作用機(jī)理尚未完全闡明,但隨著研究的深入,乳清蛋白中潛在的生物活性肽片段被有目的地獲取,這對乳清蛋白產(chǎn)品附加值的提高,功能性食品開發(fā)領(lǐng)域的拓展,乳產(chǎn)品開發(fā)與利用價值的增進(jìn),有一定的指導(dǎo)意義,乳清蛋白的功能特性必將得到更充分的開發(fā)和利用.

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[49] 曲杜娟,趙強(qiáng)忠,趙謀明.乳清蛋白中性蛋白酶酶解物對酸奶發(fā)酵的促進(jìn)作用及其對酸奶品質(zhì)的影響研究[J].食品科技,2009,34(10):59-63.

[50] 曲杜娟,趙謀明.乳清蛋白酶解物對酸奶中乳酸菌生長和儲藏穩(wěn)定性的影響[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2009, 35(12):151-154.

Review on Whey Protein Bioactive Peptides

ZHAO Lina1,2, WANG Shaoyun1,*, HUANG Yifan2
(1.College of Biology science and Engineering,Fuzhou University,Fuzhou 350002,China;
2.College of Food Science,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China)

Due to thematurity of the separation and extraction technology and the rise of the research and product development ofmilk source active peptides,many potential bioactive peptides were found from whey protein.This paper reviewed recent-years researches about whey protein bioactive peptides.The mechanisms of antioxidant activity,ACE inhibitory activity,and cholesterol-lowering activity were introduced.With the improvement of the research,function characteristic of whey protein bioactive peptides will be fully developed and utilized.

whey protein;bioactive peptides;antioxidantactivity;ACE inhibitory activity;inhibit cholesterol activity

檀彩蓮)

TS252.9

A

10.3969/j.issn.2095-6002.2014.03.009

2095-6002(2014)03-0048-06

趙立娜,汪少蕓,黃一帆.乳清蛋白生物活性肽及其應(yīng)用前景.食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報,2014,32(3):48-53. ZHAO Lina,WANG Shaoyun,HUANG Yifan.Review on whey protein bioactive peptides.Journal of Food Science and Technology,2014,32(3):48-53.

2012-10-30

福建省高校新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃項目(JA10012);福建省自然科學(xué)基金資助項目(2013J01132).

趙立娜,女,博士研究生,研究方向為天然產(chǎn)物的研究與應(yīng)用;*汪少蕓,女,教授,博士,主要從事食品生物化學(xué)方面的研究.通訊作者.