小麥水解蛋白的特性、功能及在動物生產(chǎn)中的應用

柏冬星，楊加梅，徐 穩(wěn)*

（1.光明農(nóng)牧科技有限公司，上海 200030；2.江蘇梅林畜牧有限公司，江蘇 鹽城 224151）

1 小麥水解蛋白

小麥水解蛋白是以小麥蛋白為原料，采用化學水解、微生物發(fā)酵、蛋白酶解等方法進行水解獲得的小分子多肽物質(zhì)，具有水溶性好，分散穩(wěn)定，易吸收，生物活性強等特點。其原料小麥面筋蛋白（谷朊粉），是小麥淀粉生產(chǎn)的副產(chǎn)物，蛋白質(zhì)含量達72%～85%，主要由醇溶蛋白和麥谷蛋白組成。醇溶蛋白分子量較小，呈球狀，具有較好延伸性；麥谷蛋白分子量較大，呈纖維狀，具有較強彈性。由于其氨基酸組成含有較多疏水性氨基酸，分子結(jié)構(gòu)中疏水作用區(qū)域較大，溶解度低，這一特性使其應用范圍受到限制。因此，水解小麥蛋白可提高其水溶性，還可獲得部分生物活性肽，使其在生產(chǎn)中得到廣泛應用。

2 小麥水解蛋白營養(yǎng)組成

小麥水解蛋白營養(yǎng)組成特點與其原料組成直接相關(guān)，粗蛋白質(zhì)含量75%～85%、谷氨酸（Glu）和谷氨酰胺（Gln）＞30%，灰分含量1%～2%。市場常見小麥水解蛋白產(chǎn)品的營養(yǎng)組分見表1。

小麥水解蛋白的加工制備工藝不同，蛋白降解的程度差異較大，其肽含量和分子量分布間也不同，部分文獻報告和市場產(chǎn)品中小麥水解蛋白的肽含量和分子量分布情況見表2[1]。

表1 市場常見小麥水解蛋白產(chǎn)品的營養(yǎng)組成成分

3 小麥水解蛋白特性

3.1 水溶性好

大量研究表明，通過酶解小麥蛋白，可以改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、疏水氨基酸分布和數(shù)量等改變其溶解性能，提高水中分散性和溶解性。蛋白質(zhì)的溶解度與氨基酸殘基的平均疏水性和電荷頻率有關(guān)，平均疏水性越小和電荷頻率越大，蛋白質(zhì)的溶解度越大[2]。酶解谷朊粉，將大分子量麥谷蛋白、麥膠蛋白水解成小分子多肽；酶的剪切作用也改變了蛋白質(zhì)表面的電荷分布，使得很多可電離的氨基和羰基暴露出來，更多親水性基團暴露出來，提高了溶解度。張銳昌等研究發(fā)現(xiàn)，酶解小麥蛋白使得疏水性氨基含量降低了5.3%，溶解性得到改善；堿性氨基酸和酸性氨基酸的增加，使得小麥多肽具有更多電荷，水相體系更加穩(wěn)定[1]。王章存等研究表明，在谷朊粉濃度0.30 g·mL-1、酶解溫度50 ℃、酶對底物質(zhì)量分數(shù)0.75%、反應時間20 min 條件下所得酶解物具有較好功能特性，酶解后谷朊粉在水中分散性、乳化能力和起泡特性提高[3]。唐小君等研究表明，小麥面筋蛋白在超聲波功率210 W，加酶量質(zhì)量分數(shù)0.6%，pH 9.0，溫度65 ℃，水解1 h 得到小麥面筋蛋白的水解度和溶解度提高，溶解度達12.16 mg·mL-1[4]。

表2 部分文獻報告和市場產(chǎn)品中小麥水解蛋白的肽含量和分子量分布情況

3.2 消化利用率高

通過酶解小麥蛋白，使大分子蛋白降解成多肽形式，一方面提高蛋白質(zhì)溶解度，另一方面提高可消化性。谷中華等以谷朊粉為原料，利用中性蛋白酶酶解谷朊粉生產(chǎn)分子量分布合適的多肽飼料。當酶解4 h、酶解溫度45～50 ℃、谷朊粉質(zhì)量分數(shù)10%和酶添加量9 000 U·g-1時，蛋白質(zhì)水解度15.8%、蛋白質(zhì)溶解率72.02%、多肽質(zhì)量濃度14.45 mg·mL-1，多肽分質(zhì)量分布在180～3 000 U，占57.6%，蛋白質(zhì)體外消化率達到86.31%[5]。

3.3 螯合礦物質(zhì)

小麥水解蛋白主要成分小麥肽可以螯合礦物質(zhì)元素，促進動物對礦物質(zhì)吸收和利用。高紅梅等研究谷朊粉水解物與鋅離子制備多肽-鋅鰲合物的工藝條件，確定獲得螯合物的最佳工藝條件為pH 6、肽鋅質(zhì)量比2：1、反應溫度70 ℃、多肽反應液濃度0.03 g·mL-1、反應時間50 min時，此條件下小麥肽對鋅的螯合率和螯合物得率分別是84.25%、82.07%[6]。張強等試驗發(fā)現(xiàn)，在pH 9.0，時間4 h，溫度50 ℃條件下制備的谷朊粉肽具有很強螯合能力，對Fe2+螯合能力測定，谷朊粉抗氧化肽對Fe2+有良好的螯合能力，且量效關(guān)系明顯[7]。

4 小麥水解蛋白功能

4.1 抗氧化

小麥水解蛋白產(chǎn)物中特定分子量小麥低聚肽具有抗氧化活性，大量體外直接清除自由基、體外細胞氧化損傷修復以及動物體內(nèi)抗氧化等相關(guān)研究己經(jīng)證實此功能。

通過體外抗氧化清除羥基自由基、DPPH 自由基、氧自由基、超氧陰離子等方法研究證明，小麥低聚肽具有顯著的抗氧化活性。張強等試驗結(jié)果表明，在pH 9.0，時間4 h，溫度50 ℃條件下制備的谷朊粉抗氧化肽對羥基自由基和DPPH 自由基具有很強的清除能力，且量效關(guān)系明顯。劉樹興等試驗得出，木瓜蛋白酶酶解小麥面筋蛋白在溫度40 ℃，加酶量125 U·g-1，酶解時間4 h，底物量5 g條件下谷朊粉酶解液的DPPH 自由基清除率達96.59%，多肽含量35.51 mg·mL-1[7]。林琳等對小麥面筋蛋白酶解多肽組分原混合液、WG-10（＞10 000 U）、WG-5（10 000～5 000 U）、WG-3（3 000～5 000 U）、WG-0（＜3 000 U）進行系統(tǒng)的體外抗氧化評價發(fā)現(xiàn)，小麥蛋白酶解多肽WG-0（＜3 000 U）抗氧化活性最好，除了對超氧陰離子的清除略低，其他抗氧化活性均為最高[8]。魏穎等選取小麥低聚肽11個2～4肽的肽段和谷氨酰胺氨基酸，使用熒光酶標儀分析小麥肽段的抗氧化能力，小麥低聚肽具有清除脂質(zhì)過氧化自由基的能力[9]。曾瑜等研究表明，小麥低聚肽具有較強體外還原能力（R=0.97），DPPH自由基和羥自由基清除能力（R·DPPH=0.90，R·OH=0.91）[10]。程云輝等研究發(fā)現(xiàn)，小麥胚芽蛋白酶解產(chǎn)物93.95%，小麥水解蛋白1.20 g·L-1對游離酸過氧化體系抑制率78.75%，1.6 g·L-1時對·DPPH 清除率81.11%，0.60 g·L-1時對超氧陰離子清除率75.40%，0.50 g·L-1對Fe2+螯合率63.35%[11]。

可通過體外細胞培養(yǎng)，用MTT 法測定氧化應激損傷細胞增殖狀況以及測定氧化損傷細胞LDH、SOD、MDA，研究小麥水解蛋白產(chǎn)物對氧化損傷細胞的修復作用。張亞卓等研究小麥低聚肽對氧化應激損傷的體外腸上皮細胞的保護作用，試驗分為5組，對照1（空白組）、對照2（氧化應激組），處理1、處理2、處理3（分別添加小麥低聚肽1、5、10 mg·mL-1），結(jié)果顯示，小麥低聚肽1 mg·mL-1對損傷腸上皮細胞顯著保護作用，細胞毒性降低、增殖率提高，細胞內(nèi)SOD、MDA 含量與氧化應激組相比均有顯著差異；小麥低聚肽對細胞的保護作用隨著培養(yǎng)時間的延長而增強，24、48 h 培養(yǎng)組與12 h培養(yǎng)組相比有顯著性差異，小麥低聚肽對氧化應激損傷的體外腸上皮細胞有一定的保護作用，且一定范圍內(nèi)與濃度時間正相關(guān)[12]。

以小鼠為動物模型的體內(nèi)抗氧化研究表明，通過灌服一定劑量小麥低聚肽后測定小鼠血清或組織抗氧化物質(zhì)以及氧化產(chǎn)物SOD、CAT、GSH-Px、TAOC活性及MDA 含量，證實了小麥低聚肽具有抗氧化功能，提高動物機體清除自由基能力。曾瑜等將SD 小鼠48只按血清MDA 水平隨機分為4組，陰性對照及低、中、高劑量組（小麥低聚肽0、500、1 000、2 000 mg·kg-1BW），灌胃30 d，處死后測定血清MDA含量、SOD、GSH-Px及T-AOC活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)1 000 mg·kg-1能夠增強小鼠血清SOD 和GSH-Px 活性，提高血清T-AOC 水平[10]。殷微微等研究小麥胚芽蛋白酶解物體內(nèi)抗氧化作用，分別給小鼠生理鹽水、小麥胚芽蛋白酶解物0.1、0.2、0.4 g·kg·d-1經(jīng)口灌胃30 d，處死進行眼眶采血，取肝、腦組織并測定SOD、GSH-Px、CAT 活性及MDA含量，結(jié)果顯示，小麥胚芽蛋白酶解物使小鼠血清、肝腦組織SOD、GSH-Px、CAT抗氧化酶活性高于對照組；MDA含量低于正常對照組，小麥胚芽蛋白酶解物具有顯著體內(nèi)抗氧化活性[13]。代卉等研究了堿性蛋白酶水解小麥蛋白產(chǎn)物中組分對小鼠抗氧化功能的調(diào)節(jié)作用。結(jié)果表明，小麥活性肽提高小鼠血清清除DPPH 和清除羥自由基的能力，增強小鼠肝臟SOD、CAT、T-AOC 活性，降低MDA 含量[14]。

4.2 抑菌活性

小麥水解蛋白特定分子量肽段具有抑菌特性。周世成等從小麥面筋蛋白酶解產(chǎn)物分離抗菌肽，并研究其體外抑菌作用，結(jié)果表明，相對分子質(zhì)量＜5 ku 酶解物抑菌活性較好，經(jīng)過凝膠層析得到4 種組分，抑菌試驗表明，相對分子質(zhì)量2 036 Da組分抑菌效果最好，大腸桿菌抑菌率20.6%，金黃色葡萄球菌抑菌率20.1%[15]。

4.3 免疫調(diào)節(jié)

小麥水解蛋白中免疫活性組分具有免疫調(diào)節(jié)功能。代卉等研究堿性蛋白酶水解小麥蛋白產(chǎn)物中免疫活性組分對小鼠免疫功能調(diào)節(jié)作用，結(jié)果表明，小麥活性肽可提高小鼠抗體生成細胞含量、血清溶血素水平、脾細胞增殖能力以及腹腔巨噬細胞的吞噬能力[14]。王衛(wèi)國等研究谷朊粉酶解物對小鼠生長性能和免疫臟器的影響，結(jié)果表明，谷朊粉酶解物對小鼠有明顯促生長作用，提高營養(yǎng)物質(zhì)消化率，同時顯著提高正常小鼠的免疫臟器指數(shù)、腹腔巨噬細胞的吞噬能力，飼糧添加谷朊粉酶解物750 mg·kg-1效果最佳[16]。

4.4 促進腸道發(fā)育

小麥水解蛋白能提高動物對蛋白質(zhì)的吸收與利用，促進胃腸道上皮細胞生長，小腸黏膜消化、吸收酶活力。潘興昌等研究灌胃小麥肽對于大鼠氮代謝、胃腸形態(tài)和小腸黏膜酶活的影響，選擇SD 大鼠50 只，分為空白對照及低、中、高劑量小麥肽組（20、100、500 mg·kg-1·d-1）和小麥蛋白組20 mg·kg-1·d-1，每天灌胃1 次，連續(xù)灌胃30 d，分別在第10、20、30 天用代謝籠采集大鼠24 h 糞、尿樣品，灌胃30 d 后斷頸處死大鼠，取血清、胃和小腸黏膜，觀察氮代謝指標、血清生化指標、胃腸內(nèi)表面掃描電鏡、小腸黏膜酶活，發(fā)現(xiàn)低劑量小麥肽能顯著提高大鼠蛋白質(zhì)消化率、氮沉積、凈蛋白質(zhì)利用率；高劑量小麥肽和小麥蛋白對大鼠凈蛋白質(zhì)利用率和蛋白質(zhì)生物學價值均無影響，推測小麥肽作為一種信號分子參與調(diào)控機體利用食物中蛋白質(zhì)，體現(xiàn)小麥肽非營養(yǎng)學功能，低、中劑量小麥肽大鼠胃腸道上皮細胞較對照組飽滿、連接緊密，排列整齊有序；各劑量小麥肽均顯著上調(diào)大鼠小腸黏膜氨基肽酶活和Na+-K+-ATP酶活，表明小麥肽能提高大鼠對于蛋白質(zhì)的吸收與利用；其途徑可能是：促進胃腸道上皮細胞生長；上調(diào)小腸黏膜氨基肽酶、Na+-K+-ATP酶活[17]。Martens等通過腸上皮細胞體外培養(yǎng)，證實小麥水解蛋白能增加細胞培養(yǎng)密度，其原因是多肽提供細胞生長氮源，減少氮代謝的廢物[18]。

4.5 促進腸道損傷修復

小麥水解蛋白富含谷氨酰胺和活性肽能促進動物腸道損傷修復，改善腸黏膜上皮完整性，減少炎性細胞浸潤，降低炎癥基因表達。謝正飛等利用甲氨蝶呤MTX 誘導模型鼠小腸炎癥，對照組每天蒸餾水灌胃，試驗組組每天以30%小麥水解蛋白乳液灌胃（10 mL·kg-1BW），前2 d 每天腹腔注射MTX 溶液0.2 mL。12 d 后解剖取樣，染色觀察小腸組織結(jié)構(gòu)變化，用熒光定量測定小腸組織細胞炎癥因子，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，試驗組腸道結(jié)構(gòu)部分修復，TNF-α、IL-10表達降低[19]。

5 小麥水解蛋白應用

5.1 小麥水解蛋白在豬生產(chǎn)中的應用

小麥水解蛋白主要在仔豬斷奶后4 周內(nèi)使用，主要提供可消化吸收的氮源以及功能性成分谷胺酰胺，應用量為1.5%～3%，生產(chǎn)中替代血漿蛋白粉會降低乳仔豬生產(chǎn)性能、增加腹瀉幾率。在仔豬斷奶后1周使用效果不明顯。小麥水解蛋白主要通過促進仔豬腸道發(fā)育，增強腸黏膜屏障功能，促進淋巴細胞分化增殖等途徑提高乳仔豬生產(chǎn)性能和抵病力，發(fā)揮作用主要成分是谷胺酰胺（Gln）為主。Gln水溶性差，吸收率低，限制了廣泛應用，而通過小麥水解蛋白產(chǎn)生的丙胺酰-谷氨酰胺二肽（Ala-Gln）、甘胺酰-谷氨酰胺二肽（Gly-Gln）可作為Gln供體。谷氨酰胺二肽保護腸道作用機制可能為：為腸道上皮細胞增殖提供能源；作為前體合成蛋白質(zhì)、核酸、多胺等，促進腸上皮細胞的增殖分化和修復；代謝產(chǎn)生Arg合成NO在調(diào)控小腸血流、腸道的分泌及完整性發(fā)揮作用；增加腸道細胞GSH、SOD等抗氧化物的含量，減少腸細胞受氧自由基損傷，提高抗氧化能力；促進淋巴細胞、巨噬細胞的增殖分化，抑制細胞因子和炎癥反應的發(fā)生，維持腸道結(jié)構(gòu)完整性。小麥水解蛋白在豬生產(chǎn)中的應用見表3。

5.2 小麥水解蛋白在家禽生產(chǎn)中的應用

小麥水解蛋白主要在肉雞使用，應用量1%～2%，生產(chǎn)表現(xiàn)提高生產(chǎn)性能和成活率；蛋雞應用尚未見報道。作用機理研究小麥水解蛋白對肉雞免疫功能影響，包括早期促進免疫器官發(fā)育，全期提高免疫反應水平。僅有1篇報告研究關(guān)于Gly-Gln 可降低肝臟甘油三酯合成，促進脂代謝，減少脂肪沉積水平。綜述小麥水解蛋白在家禽上的應用見表4。

5.3 小麥水解蛋白在水產(chǎn)動物生產(chǎn)中的應用

小麥水解蛋白在水產(chǎn)應用報道較少，1 篇關(guān)于蝦應用，適用量不確定，生產(chǎn)提高增重和成活，深入研究發(fā)現(xiàn)對免疫相關(guān)酶PO、LZM、SOD 均有不同程度改善。對其功能成分Ala-Gln 二肽報告，對仔魚腸道發(fā)育、抗氧化以及消化吸收酶不同程度提高。小麥蛋白作為高蛋白、低抗營養(yǎng)因子的植物蛋白源，同時具有高粘彈性的理化性質(zhì)，在水產(chǎn)飼料中廣泛使用，其在水產(chǎn)動物體內(nèi)具有高消化率，報告顯示，大西洋鮭對小麥蛋白體內(nèi)蛋白表觀消化率體99.9%、94.8%。以上特性可能決定小麥蛋白無需酶解可直接在水產(chǎn)應用[31-33]。綜述小麥水解蛋白在水產(chǎn)動物上的應用見表5。

表3 小麥水解蛋白在豬生產(chǎn)中的應用

表4 小麥水解蛋白在家禽生產(chǎn)中的應用

表5 小麥水解蛋白在水產(chǎn)動物生產(chǎn)中的應用

表6 小麥水解蛋白在反芻動物生產(chǎn)中的應用

5.4 小麥水解蛋白在反芻動物生產(chǎn)中的應用

小麥水解蛋白在反芻上應用報告甚少，有1篇幼齡犢牛代乳料研究，發(fā)現(xiàn)小麥水解蛋白可部分、階段性替代乳源蛋白，不影響生產(chǎn)性能，降低養(yǎng)殖成本，主要內(nèi)容見表6[36]。

6 小 結(jié)

綜上所述，小麥水解蛋白具有較好的抗氧化作用；對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有一定的抑制效果；通過調(diào)節(jié)動物免疫功能，修復腸道損傷，促進腸道發(fā)育，從而提高動物生產(chǎn)性能，在豬、禽類、水產(chǎn)及反芻動物生產(chǎn)中已經(jīng)得到一定的應用。小麥水解蛋白是一種健康安全的飼料原料，市場應用潛力巨大。