玉米胚芽多肽的研究進展

魏涵偉，王成忠*，任振峰

(1.齊魯工業(yè)大學，濟南 250353；2.山東神州翔宇科技集團有限公司， 山東 棗莊 277400)

玉米是我國重要的糧食作物，也是世界上產量最高的作物，據2011年農業(yè)信息網統(tǒng)計，我國玉米產量約達到2億噸，約占世界產量的25%。玉米內含有豐富的蛋白質、油脂、維生素、膳食纖維、核黃素、谷胱甘肽以及多種微量元素，這些成分對降低膽固醇、預防心腦血管疾病等有積極的作用[1]。胚芽是玉米生長發(fā)育的“靈魂所在”，它只占玉米籽粒質量的11%，其中的蛋白質含量達到22%左右[2]。玉米胚芽蛋白的特殊組成使其具備高營養(yǎng)價值的開發(fā)潛力。通過酶解玉米胚芽蛋白制備玉米胚芽多肽是開發(fā)玉米深加工產品的一個重要手段。

1 玉米胚芽的簡介

玉米胚芽，是食品工業(yè)原料的主要來源。其中玉米胚芽蛋白主要是白蛋白和球蛋白，占總蛋白的60%以上，其特有的可溶性清蛋白和球蛋白易被人體吸收。王霞等[3]用氨基酸全自動分析儀測得，玉米胚芽蛋白中涵蓋了7種人體所必需的氨基酸，與大豆蛋白組成成分相似，符合人類的膳食營養(yǎng)需求，其組成見表1。 玉米胚芽中還含有功能性因子γ-氨基丁酸、谷胱甘肽、植物甾醇、維生素E等。其中，膳食纖維在玉米胚芽中占9%。

表1 玉米胚芽蛋白的必需氨基酸組成Table 1 Essential amino acids'composition of corn germ protein

續(xù) 表

注：表中FAO/WHO是指FAO/WHO推薦的人類蛋白質標準。

每年，玉米淀粉生產后都有大量的玉米胚芽產出，我國最主要的玉米胚芽利用是簡單加工制成飼料，對玉米胚芽中優(yōu)質的油脂及蛋白質資源造成了浪費。

對玉米胚芽的綜合利用可以有效減少浪費。我國對玉米胚芽綜合利用的一個非常成功的產品就是玉米胚芽油。

除了玉米胚芽油外，還有利用玉米胚芽蛋白制成的玉米胚芽蛋白飲料；提取具有一定生物活性的玉米胚芽多肽，作為食品添加劑或者制成保健食品；從玉米胚芽粕中提取膳食纖維，從玉米胚芽餅中提取天然食品添加劑植酸鈉，從玉米胚芽中提取超氧化物歧化酶、γ-氨基丁酸等。

2 玉米胚芽多肽的簡介

在生物體內，肽參與重要的生理生化反應。目前研究發(fā)現，來自于普通食物如牛奶、玉米、大豆、魚的肽具有多種生理活性，可用于改善人們的健康狀況以及疾病的預防和治療[4]，其具體表現見表2。

表2 肽的作用與功效Table 2 Functions and effects of peptides

研究表明，采用酶法提取玉米胚芽多肽，通過蛋白酶對玉米蛋白進行降解和修飾，使其變成可溶的小分子肽類。酶法提取的條件溫和，提取率較高，能將部分蛋白質分解成多種氨基酸和許多小肽段，口感較好，可以為消化系統(tǒng)功能不健全的特定人群(如老年人、嬰兒等)提供膳食蛋白。

玉米胚芽多肽具有良好的可溶性，同時具備多種生物活性，如抗氧化、降血壓、增強免疫力、抗疲勞、促進乙醇代謝保護肝臟等，可以為食品醫(yī)藥領域的發(fā)展做出貢獻。

3 玉米胚芽多肽的生理活性

3.1 抗氧化活性

代衍峰等[5]測定玉米肽的抗氧化活性，采用·DPPH自由基清除率法，結果表明：極性不同的抗氧化肽與其抗氧化能力呈負相關性。李鴻梅等對照α-生育酚，對比了玉米肽對·DPPH自由基、超氧陰離子自由基、陰離子自由基以及亞油酸的氧化抑制作用，驗證了玉米胚芽肽的抗氧化活性。

3.2 降血糖作用

胡宇航等[6]發(fā)現了玉米胚芽多肽的降血糖活性，進行了體外實驗研究，有待動物實驗進一步的驗證。馬偉[7]分離出的玉米低聚降糖肽中甘氨酸、異亮氨酸、亮氨酸含量較高，因為調節(jié)機體血糖的主要氨基酸是這3種氨基酸，從側面證明了玉米低聚降糖肽的血糖調節(jié)作用。

3.3 抗疲勞作用

朱宏亮[8]驗證不同分子質量的玉米肽的抗疲勞作用，通過測試小鼠力竭游泳時間，并綜合考慮其他因素，得出玉米肽YT-2具有較好的抗疲勞作用。

3.4 降血壓作用

Yamaguchi M等[9]測量制備的玉米肽的ACE抑制活性為0.29 mg/mL，將玉米肽喂養(yǎng)自發(fā)性高壓大鼠，結果發(fā)現喂養(yǎng)100 mg玉米肽和2 mg卡托普利降壓效果相同(注：卡托普利是治療高血壓和心力衰竭的藥物)。

3.5 解酒護肝作用

朱宏亮根據醉酒小鼠醒酒時間，同時檢測不同時間點血漿中乙醇含量，實驗結果顯示玉米肽YT-3具有一定的解酒作用。Yamaguchi M等[10]將前期經過酒精灌胃處理后的大鼠，以玉米肽灌胃，測得其血液中的乙醇和乙醛含量明顯下降。有進一步研究表明，玉米肽通過提高血清中丙氨酸和亮氨酸的濃度，從而產生穩(wěn)定的氧化性輔酶Ⅰ(NAD+)，進而加速乙醇在肝臟中的代謝。馬偉通過動物實驗驗證了玉米低聚肽具有高醒酒活性，且證明了小鼠血醇含量與玉米低聚肽的攝入量之間具備量效關系。

4 玉米胚芽多肽的提取、分離、純化工藝

4.1 玉米胚芽多肽的提取

現有制備多肽的方法一般經過直接提取、水解分離和化學合成這幾個主要步驟。在生物體內存在的天然活性肽，首先利用各種分離提取技術直接提??；不能直接提取的，用化學和酶解的方法將玉米胚蛋白水解成小分子的肽段，再將不同長度的肽段利用分離純化手段分離；還有一些符合人類需求但是無法提取出來的多肽，根據氨基酸的特點和側鏈以及其中的修飾作用通過化學合成法，使多肽及其衍生物呈現出活動化的延伸物質，如氨基酸的甲酯來合成目的多肽[11]。

4.1.1 微生物發(fā)酵法

微生物發(fā)酵法是以能在胞外分泌大量蛋白酶的菌株作為發(fā)酵菌株，以玉米蛋白為底物，利用微生物發(fā)酵過程產生的蛋白酶來制備玉米活性肽，經過篩選出產酶能力高的發(fā)酵菌株來增強玉米胚芽蛋白的水解，以達到實驗目的。

4.1.1.1 固態(tài)發(fā)酵法

固態(tài)發(fā)酵是指使用不溶性固體培養(yǎng)基來進行微生物培養(yǎng)的工藝過程[12]。其優(yōu)點是微生物易生長，水分活度低，酶系豐富，酶活力高，操作時不要求完全無菌。白酒、腐乳、豆豉的生產等都屬于傳統(tǒng)的固態(tài)發(fā)酵。劉波等[13]使用固態(tài)發(fā)酵法制備玉米肽，對發(fā)酵條件進行優(yōu)化，提高了玉米肽的得率，并且研究水解條件對肽活性的影響，為玉米功能性食品和保健品的研制提供了理論依據。李軍軍等[14]使用米曲霉發(fā)酵玉米胚芽粕制備玉米胚芽肽，優(yōu)化發(fā)酵條件，使玉米胚芽肽的轉化率達到36%，最終分離出相對分子質量分別為5128，1626 Da的2種組分。

4.1.1.2 液態(tài)發(fā)酵法

液態(tài)發(fā)酵法是指以液態(tài)基質作為培養(yǎng)基的發(fā)酵方法，優(yōu)點是水分活度高、發(fā)酵周期短、生產優(yōu)勢高等。我國食醋發(fā)酵是典型的液態(tài)發(fā)酵?，F有資料中基本沒有使用液態(tài)發(fā)酵來制備玉米胚芽多肽，而我國現階段對玉米液態(tài)發(fā)酵的綜合利用一般都是以玉米為原料的白酒的生產。但是，有研究人員使用液態(tài)發(fā)酵來制備燕麥ACE抗氧化肽，蓋夢等采用枯草芽孢桿菌發(fā)酵裸燕麥，以多肽得率和ACE抑制率為指標，優(yōu)化發(fā)酵條件，最終得出實驗結論：ACE的抑制率提高了6%。也有資料顯示，采用液態(tài)發(fā)酵豆粕生產大豆多肽，最終得到的產物苦味難除。

4.1.2 酶水解法

酶水解法是目前研究最多的一種方法，也是有望工業(yè)化生產玉米胚芽多肽的一種方法。該法用一種或多種酶水解玉米胚蛋白來制備目標產物，酶制劑的選擇是制備過程的關鍵，其中最常用的酶主要有微生物蛋白酶、植物蛋白酶和動物蛋白酶。

Liu D Y等[15]在酶解玉米蛋白粉的實驗中，優(yōu)化酸性蛋白酶的酶解條件，最終確定了最優(yōu)的工藝條件。李艷娟等[16]利用堿性蛋白酶和木瓜蛋白酶雙酶水解制備玉米胚芽蛋白多肽，反應速率快，而且得到的產物顯示出較好的還原力。王燁輝等將中性蛋白酶和復合蛋白酶復配，作用于玉米胚芽蛋白，在底物濃度3%、中性酶濃度1‰、復合酶濃度2.5‰的條件下，以其最適溫度及pH值，水解3 h，得到酶解產物，經超濾可得分子量集中于200～2000 Da的多肽分子。

4.2 玉米胚芽多肽的純化

由于玉米胚芽蛋白水解物中含有較多的成分，除了目標肽段，還有一些水解不完全的長鏈多肽和游離氨基酸。為了得到目標肽段，需要將得到的蛋白酶水解物進行分離純化，因為水解物的不確定性，單一的分離手段不能完全達到實驗目的，可以采用多種分離手段來純化分離活性肽。

4.2.1 膜分離法

膜分離技術由于同時實現分離、濃縮、純化和精制，又是分子級過濾且過濾過程簡單、易于控制，已經成為現代分離工藝的一個重要手段。膜分離法根據截留分子量的不同可分為微濾(MF)膜、超濾(UF)膜、納濾(NF)膜和反滲透(RO)膜等[17]。

4.2.1.1 超濾分離法

超濾是一種加壓膜分離技術，通過施加一定壓力，使小分子可以通過濾膜，而大分子留在另一側，從而實現大、小分子的分離。利用超濾技術不僅可以實現玉米胚芽多肽的分離純化，也可以保證多肽的品質、節(jié)約試劑，并且能夠達到工業(yè)化連續(xù)生產的需求[18]。

王文俠等[19]使用超濾技術對玉米浸泡液進行分離純化，通過研究溶液pH、操作壓力、操作因素的影響，確定了最佳工藝條件，最終蛋白截留率為81.78%。隋玉杰[20]使用截留分子量為6000 Da的超濾膜將玉米蛋白水解物進行膜分離，得到了MW≥6000的膜截留物以及MW<6000的膜透過物。

4.2.1.2 納濾分離法

納濾是膜孔徑為幾個納米、截留分子量在80～1000 Da，介于反滲透和超濾之間的壓力驅動的膜分離過程[21]。

納濾多用于分離相對分子質量較小的物質，如無機鹽、葡萄糖或蔗糖等小分子物質。陸啟明[22]使用納濾技術對玉米胚芽肽液進行脫鹽，實驗表明：納濾膜截留分子量越大，脫鹽效率越高，但是，低聚肽的回收率越低。所以綜合考慮，實驗選用截留分子量1000 Da的納濾膜處理多肽透析液以保證90%以上的低聚肽回收率。

4.2.1.3 微濾分離法

微濾的過濾粒徑為0.025～10 μm，能截留0.1～1 μm之間的顆粒。微濾膜允許大分子有機物和無機鹽等通過，能阻擋懸浮物、部分細菌病毒及大尺度的膠體。王海修等[23]對玉米進行深加工，在提取玉米醇溶蛋白時，通過微濾膜過濾玉米麩質粉浸提液，得到的微濾液再進行超濾，可以有效地減少懸浮物的存在；在玉米油的加工制作中，采用微濾技術進行脫蠟和催化劑的回收。

在現代生產實踐中，有時單獨的一種膜分離并不能達到實驗要求，所以實驗研究人員也連續(xù)使用多種膜分離技術來滿足需求。王海修等改進傳統(tǒng)玉米油加工技術，在傳統(tǒng)提油工藝中加入了膜分離技術，工藝路線如下：

原料處理→溶劑提取→超濾脫膠→反滲透或納濾回收溶劑→粗油→納濾脫酸→微濾脫蠟→微濾回收催化劑→脫臭→精煉→灌裝油。

通過加入超濾脫膠、納濾脫酸、反滲透或納濾回收溶劑、超濾、納濾或反滲透來處理廢水等步驟，可以有效提高效率，改善資源浪費、環(huán)境污染的現狀。但是像這樣濾膜的大量使用，也將挑戰(zhàn)擺在眼前，減少膜污染、增大過濾通量、延長膜壽命都是必須要考慮的問題。

膜分離技術作為玉米產品深加工的新型技術，經常與多種技術相結合作用，以弱化膜污染帶來的分離純化效率低等問題。隋玉杰等制備玉米醒酒肽，使用超濾膜過濾玉米肽液，得到的超濾液再進行葡聚糖凝膠柱層析、色譜分離，冷凍干燥得到固形物，過離子交換柱得到脫鹽肽，再進行RP-HPLC進一步分離得到對·OH抑制能力高的玉米活性肽。

4.2.2 色譜分離法

色譜分離技術，利用混合溶劑中的各組分在固定相和流動相體系中分配系數的不同，在兩相做相對運動時，借助一定推力，使各組分先后流出，根據滯留時間分離物質的各組分。在蛋白質的純化分離實驗中，色譜分離技術是非常重要且常用的手段。

4.2.2.1 凝膠過濾色譜

凝膠過濾色譜是一種基于分子篩效益，以凝膠為固定相，根據溶質相對分子質量的差別進行分離的技術手段。優(yōu)點是操作條件溫和，參數少，蛋白質活性收率高，易于規(guī)模擴大。

楊翠等[24]制備玉米谷蛋白抗氧化肽，將超濾分離制得的多肽液樣品凍干進行凝膠過濾層析，樣品經洗脫，將不同洗脫峰分別收集起來濃縮，經檢測具有較高的DPPH自由基清除活性。胡二坤等研究了色譜分離條件對玉米蛋白酶解物分離純化的影響，確定在最優(yōu)的洗脫速度、樣品濃度和樣品體積時的分離效果最佳，此時產物中小分子的肽段所占比例最高。

4.2.2.2 高效液相色譜

高效液相色譜是近年來發(fā)展迅猛的一項分離技術，通過一個高壓輸液系統(tǒng)，將不同極性的各組分在色譜柱中進行分離，從而實現對樣品的分析。高效液相色譜可以用來分離熱穩(wěn)定差、具有生理活性的物質，在核酸、肽類、表面活性劑、抗氧化劑等物質的分析過程中應用廣泛。但現在利用高效液相色譜對玉米胚芽多肽分離的應用還不是特別的廣泛。

高艷華等[25]在制備高F值低聚肽的生產工藝中，用高效液相色譜測定多肽含量，結合氨基酸自動分析儀測出低聚肽分子量集中在200～1500 Da，F值為21.4，低聚肽含量>70%。楊翠等對凝膠過濾層析液進行反向高效液相色譜分離，將抗氧化肽分布范圍鎖定在3個組分的主要洗脫峰，為進一步抗氧化機理的研究奠定了基礎。

4.2.2.3 離子交換色譜

離子交換色譜綜合了離子交換原理和液相色譜技術，能將溶液中能夠電離的物質分離，包括無機離子混合物以及氨基酸、核酸、蛋白質等有機生物大分子。

喇文軍等[26]以玉米蛋白為原料，通過離子交換色譜制備高活性、高純度的降血壓肽。在最佳的色譜條件下制得能抑制ACE活性90%的玉米降血壓肽。樊紅秀[27]用陰離子交換層析制備組氨酸-脯氨酸環(huán)二肽(CHP)，分離出富含CHP前體二肽的酶解物，得到4個洗脫組分，再進行進一步的凝膠色譜分析以及反向高效液相色譜分析，得到純度較高的CHP前體物質。

4.2.2.4 大孔樹脂吸附

大孔吸附樹脂利用高分子吸附樹脂的大孔結構，從溶液中有選擇地吸附有機物質以達到分離純化目的。

Pihlanto A等[28]制備活性肽和活性蛋白，篩選出最優(yōu)的脫鹽純化條件。經DA201-C型大孔樹脂脫鹽純化的免疫活性肽顯示出對小鼠脾淋巴細胞增殖能力的促進作用，且有劑量依賴性。朱志紅等純化液態(tài)發(fā)酵的玉米大豆復合肽時，選用DA201-C型大孔吸附樹脂對粗提液進行靜態(tài)吸附和動態(tài)解吸的研究。結果表明，DA201-C型大孔吸附樹脂對玉米大豆復合肽有較好的純化分離效果。

色譜分離技術在玉米胚芽多肽的分離純化過程中有時也不是單獨使用的，多種分離純化技術協(xié)同使用以達到分級分離的目的。

5 玉米胚芽多肽的精制

5.1 脫色

玉米胚芽多肽在制備過程中，由于色素的存在，經過酶解后，顏色一般會加深，同時又存在一定程度上的褐變，所以進行脫色處理有助于改善多肽粉的色澤和品質?；钚蕴课矫撋枪I(yè)上常用的脫色方法。胡宇航等對玉米肽的精制脫色，確定最佳的工藝條件(50 ℃，pH 3.5，活性炭用量1.5 g/dL，脫色時間45 min)，玉米肽的得率為77.86%，脫色率為87.27%。

5.2 脫苦

玉米胚芽蛋白的酶解過程中，在蛋白酶的作用下，引起蛋白質相對分子質量或肽鏈長度的改變，暴露出部分疏水性氨基酸，從而產生苦味，這種苦味的形成與肽的水解程度有很大的關系[29]。玉米胚芽多肽生產過程中的苦味會影響其后續(xù)的加工以及產品的口感。楊羿在玉米肽風味控制技術的研究中，使用葡聚糖凝膠層析，篩選出具有低苦味值的玉米肽。最終得到了苦味值0.2、分子量集中在6000～8000 Da的無苦味的高F值玉米肽[30]。

6 展望

玉米胚芽多肽因其特殊的生物活性而具有巨大的開發(fā)潛力，而我國對于玉米胚芽產品的工業(yè)化、商品化的生產還有很大的提升空間。通過對玉米蛋白的水解，得到具有不同生物活性的多肽分子，進而制備具備不同功能的醫(yī)用玉米胚芽食品。雖然我國有豐富的蛋白質資源，但國內對玉米胚芽多肽生理活性作用機理的研究還不太完善，因此如何進一步改進技術、提高資源利用率是日后的研究重點?？傊衩着哐慷嚯囊呀浀玫搅藦V泛的關注，并且將會在醫(yī)用、食品領域有更廣闊的發(fā)展空間。