火麻蛋白加工特性、改性及其活性肽研究進(jìn)展

衛(wèi) 萍, 游向榮, 張雅媛, 周 葵, 李明娟,王 穎, 劉國明, 韋林艷, 印 崇

(廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所1,南寧 530007)

(廣西果蔬貯藏與加工新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2,南寧 530007)

(川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科&院士專家工作站&表觀遺傳與RNA藥物研究室3,南充 637000)

(川北醫(yī)學(xué)院檢驗(yàn)系&轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中心4,南充 637000)

火麻(Hemp)是桑科植物大麻(CannabissativaL.),一種藥食同源油料植物作物,在某些地區(qū)又稱作漢麻、線麻等。中國是火麻的發(fā)源地,歷史超過3 000年[1]。在廣西、云南、遼寧、吉林、四川等地均有火麻種植[2],并形成較為穩(wěn)定的種植基地,長期以來,火麻在食品中的應(yīng)用主要是火麻油脂的開發(fā)。

火麻蛋白是火麻中含量僅次于油脂的第二大成分,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～30%,其中麻仁球蛋白占65%,白蛋白占35%,研究表明:麻仁球蛋白是類似人體蛋白的植物蛋白,特別適宜滿足人體細(xì)胞需求(比如DNA修復(fù));白蛋白可以保護(hù)肝臟和腎的健康[3]?；鹇榈鞍装被峤M成比值合理、效價(jià)均衡[4-5],被營養(yǎng)學(xué)家稱為“優(yōu)質(zhì)完全蛋白”[6],其∑EAA/∑NEAA值符合聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織(FAO)理想模式[4,7,8],營養(yǎng)價(jià)值可與大豆蛋白媲美[9]。而且火麻蛋白味道清新香醇、美味可口、不含色氨酸抑制因子、更易于人體消化和吸收;不像大豆類食品含寡聚糖,易導(dǎo)致胃脹和反胃[10]。越來越多研究表明:火麻蛋白有益于降三高(血壓、血糖、血脂)、抗疲勞、改善貧血、調(diào)節(jié)腸道菌群平衡以及提高人體提高免疫力等[11-19]。這與火麻蛋白特有的氨基酸配比、大麻二酚等酚類物質(zhì)以及功能活性因子有關(guān)[13]。目前,火麻蛋白主要是從火麻籽榨油后的麩粕中獲取,由于對火麻蛋白加工特性缺乏深入了解,提取、改性方法的局限性、加上火麻蛋白某些功能特性及作用機(jī)理也不是很明確,導(dǎo)致火麻蛋白作為蛋白基料缺乏高附加值產(chǎn)品,限制了其在食品工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用[20]。

近年來,國內(nèi)外針對火麻蛋白的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究取得了一些進(jìn)展,但火麻蛋白仍未得到充分的開發(fā)利用,缺乏高值化精深加工產(chǎn)品,未來向更高端的研究和應(yīng)用很有必要。本文綜述了火麻蛋白加工特性及其改性,功能活性肽及其作用機(jī)制研究進(jìn)展,為火麻蛋白資源的高值化利用奠定理論基礎(chǔ),為我國優(yōu)質(zhì)植物基蛋白資源的補(bǔ)充供應(yīng)、新型保健功能性食品的開發(fā)利用提供參考。

1 火麻蛋白的加工特性及其改性

1.1 火麻蛋白的加工特性

在對火麻蛋白的研究和開發(fā)應(yīng)用過程中,加工特性尤為重要?；鹇榈鞍椎募庸ぬ匦允怯傻鞍踪|(zhì)本身結(jié)構(gòu)組成決定的,主要體現(xiàn)在溶解性、乳化性、凝膠性、穩(wěn)定性等(表1),這些加工特性影響火麻蛋白的應(yīng)用。

表1 火麻蛋白的加工特性

1.1.1 溶解性

蛋白質(zhì)溶解性是發(fā)揮其他加工特性的基礎(chǔ)。溶解性與等電點(diǎn)(pI)有關(guān),通常表現(xiàn)為“等電點(diǎn)附近溶解度最低,偏離等電點(diǎn)溶解度增強(qiáng)”[21]。與大豆蛋白相比,火麻蛋白缺少7S蛋白,較高含量的疏基易形成分子間二硫鍵,導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子在酸性和中性條件下易聚集沉淀[22]?；鹇榈鞍椎牡入婞c(diǎn)為pH=5.0,此時(shí)有最小的溶解度,溶液中分子間作用力減弱,蛋白質(zhì)分子因沒有相同電荷的排斥而凝聚沉降。在偏酸和偏堿性條件下溶解度都會增加,尤其是在堿性條件下,隨著pH值的升高,火麻蛋白溶解度的增加非常顯著,當(dāng)pH在7.0～11.0時(shí),未脫殼火麻蛋白的溶解度從6.96%迅速增加到90.70%。這是因?yàn)槠x等電點(diǎn)越遠(yuǎn),蛋白質(zhì)所帶的凈電荷越多,蛋白質(zhì)不容易發(fā)生聚集,從而使得溶解度增加[4]。此外,溶解性還受分離方法影響,研究發(fā)現(xiàn)采用堿提/酸沉法和鹽溶/鹽析法兩種方法對火麻仁蛋白進(jìn)行提取分離,得到堿提蛋白和鹽提蛋白,二者雖具有相似的U型溶解性曲線,但是分離蛋白的等電點(diǎn)不同,堿提蛋白等電點(diǎn)為pH=6.0;而鹽提蛋白等電點(diǎn)為pH=7.0。即使在相同pH值條件下,二者的溶解性也存在較大的差異[23]。Dapcˇevic′-Hadnaev等[24]研究發(fā)現(xiàn)膠束化法分離蛋白變性較小,比堿萃取/等電沉淀法蛋白具有更高的溶解度。

1.1.2 凝膠性

凝膠特性是食品蛋白質(zhì)的重要功能特性之一,蛋白質(zhì)的凝膠行為及其流變性質(zhì)是形成某些食品如布丁、果凍、甜點(diǎn)和肉類配方等獨(dú)特的質(zhì)構(gòu)、感官和風(fēng)味的決定性因素。火麻仁蛋白的主要成分是11S蛋白,其具有較高的凝膠性,易加工成為凝膠類食品[20]。凝膠性易受蛋白質(zhì)大小、結(jié)構(gòu)、柔韌性、分子間相互作用、其他氨基酸的疏水性和結(jié)構(gòu)分布等其他因素的影響[29]。研究顯示,高強(qiáng)度超聲處理火麻蛋白,由于空化作用使得埋藏在火麻蛋白內(nèi)部的疏水基團(tuán)和巰基暴露出來,蛋白表面疏水性增強(qiáng),蛋白結(jié)構(gòu)彈性增加,顆粒尺寸的減小,有助于形成凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致形成蛋白凝膠的最低凝膠濃度值(LGC)較低[27]。

1.1.3 起泡性和泡沫穩(wěn)定性

蛋白質(zhì)的起泡性在食品領(lǐng)域有重要應(yīng)用。蛋白質(zhì)的起泡特性取決于其在空氣-水界面上容易吸附、在界面上經(jīng)歷快速構(gòu)象變化和重排以及通過分子間相互作用形成黏彈性膜的能力,其影響因素主要有蛋白濃度、溶解度和表面疏水性等[26]。與其他植物蛋白相比,堿提酸沉法獲得的火麻蛋白的起泡性和起泡穩(wěn)定性較低,分別為9%、7%左右,研究認(rèn)為,較低的起泡性與起泡穩(wěn)定性主要原因與其在中性條件溶解度較低有關(guān)[4],但通過一定的制備和處理手段,火麻蛋白的起泡性能可大幅提升,研究發(fā)現(xiàn)通過水酶法制備的火麻蛋白,未經(jīng)酸浸超聲預(yù)處理(AEP-HPM)和經(jīng)酸浸超聲預(yù)處理的火麻粕蛋白(PAEP-HPM)起泡性處于較高水平,分別為118.33%和125.69%[30]。此外,經(jīng)過干燥的火麻粕蛋白也有優(yōu)異的泡沫性能[31]。

1.1.4 乳化性和乳化穩(wěn)定性

乳化活力指數(shù)(EAI)和乳化穩(wěn)定性指數(shù)(ESI)兩個(gè)指標(biāo)常用來判定蛋白質(zhì)的乳化性能。與大豆分離蛋白相比,火麻蛋白的的乳化活性較差。pH為3.0～8.0時(shí),火麻蛋白的EAI和ESI在各pH條件下均顯著低于大豆分離蛋白。并且EAI和ESI曲線與這2種蛋白的溶解度曲線圖類似。原因一方面與火麻蛋白的溶解度相對較低有關(guān),較低的溶解度使火麻粕蛋白向油水界面移動的能力減弱,油水界面蛋白濃度下降,進(jìn)而導(dǎo)致乳化活性不佳,但是乳化穩(wěn)定性相對較高[32]。另一方面,研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)pH>7.0時(shí),火麻蛋白溶解度值顯著高于pH在4.0～7.0范圍內(nèi)的溶解度值,但其EAI值提高并不顯著。原因可能是EAI不僅受溶解度影響,還受蛋白質(zhì)表面疏水性、聚集狀態(tài)等參數(shù)的影響[25],蛋白質(zhì)的疏水性增加,表面張力降低,乳化活力指數(shù)上升。研究發(fā)現(xiàn)脫殼處理也影響火麻蛋白的乳化穩(wěn)定性,脫殼和未脫殼火麻蛋白在中性條件下乳化性能相近,二者無顯著差異,兩種火麻蛋白在中性條件下溶解度都很低,可能是二者乳化性相近的原因;但脫殼火麻蛋白乳化穩(wěn)定性顯著高于未脫殼火麻蛋白(P<0.05),乳化穩(wěn)定性的差異主要與未脫殼火麻蛋白多酚含量較多有關(guān),當(dāng)溫度升高時(shí),多酚與蛋白質(zhì)的親和力減弱,使得多酚-蛋白復(fù)合物的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,從而造成了2種蛋白質(zhì)乳化穩(wěn)定性的差異[33]。此外,分離方法也影響蛋白乳化性質(zhì),Dapcˇevic′-Hadnaev等[24]研究堿萃取/等電沉淀法和膠束化(鹽萃取)法兩種不同方法分離火麻蛋白,發(fā)現(xiàn)它們具有不同的乳化作用和乳化穩(wěn)定性機(jī)制。膠束(鹽萃取)法的蛋白體系,仍能保持蛋白天然狀態(tài),小乳狀液滴之間具有足夠靜電斥力。堿萃取/等電沉淀法獲得的蛋白乳液體系,與pH有關(guān),適宜的分離pH值有助于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的展開,疏水位點(diǎn)和巰基的釋放,從而在乳化過程中形成連續(xù)的蛋白聚合物。并且在蛋白濃度較低(0.25～0.75 mg/100 mL)時(shí),主要的作用為吸附在液滴上的蛋白質(zhì)之間的相互作用,其影響橋接絮凝。而當(dāng)?shù)鞍诐舛容^高(1.5 mg/100 mL)時(shí),液滴表面吸附蛋白與未吸附蛋白之間的相互作用以及連續(xù)相的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用普遍存在,前者導(dǎo)致乳化液滴尺寸的增大和不穩(wěn)定,后者影響絮凝體瞬態(tài)網(wǎng)絡(luò)的形成并增加了連續(xù)相的黏度,從而有助于乳化液的穩(wěn)定性。

1.1.5 持水性和吸油性

蛋白質(zhì)的持水性和吸油性是指蛋白質(zhì)能夠在一定條件下截留水或油脂的能力。蛋白質(zhì)的持水性和吸油性是重要的功能特性,高持水性的蛋白質(zhì)可有效防止面包、餅干等烘焙食品的表皮過快地干裂,也可以保證粉末等產(chǎn)品適當(dāng)?shù)奈鼭裥耘c分散性;而吸油能力在很大程度上影響食品的外觀、色澤和口感,優(yōu)異的持油性可以保留食品中部分風(fēng)味物質(zhì),提高產(chǎn)品品質(zhì)。影響蛋白質(zhì)的持水性和吸油性的因素主要有離子強(qiáng)度、溫度、表面疏水性和變性程度等[30]?；鹇榈鞍椎某炙孕∮诖蠖狗蛛x蛋白,吸油能力與大豆分離蛋白基本一致,其持水性較差主要原因是在中性pH條件下,蛋白質(zhì)的極性基團(tuán)被掩埋在聚合物的內(nèi)部,導(dǎo)致蛋白質(zhì)易聚合[34]。Aletor等[35]研究發(fā)現(xiàn)持水性在1.49～4.71范圍內(nèi)的蛋白可用于較黏稠的食品體系,如肉汁和湯中,火麻蛋白的持水性主要集中在3～4,說明其也可以應(yīng)用于較黏稠的湯汁等食品體系。

1.2 火麻蛋白的改性

蛋白質(zhì)作為一種食品添加劑加入到食品中,不僅可以提高產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值,還可以改善食品的感官質(zhì)構(gòu)。但由于天然火麻蛋白本身的某些加工特性如溶解性、持水性和起泡性等較差,限制了其在食品領(lǐng)域的應(yīng)用。因此,探索有效的改性方法,提高其溶解性,爭取最大限度地發(fā)揮其加工特性,可提高其功能性、擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。蛋白質(zhì)改性是指采用物理、化學(xué)、生物等手段,使蛋白質(zhì)的聚集狀態(tài)、表面結(jié)構(gòu)發(fā)生改變、分子肽鏈被修飾、蛋白質(zhì)被降解,從而功能性質(zhì)得以改善[22],表2總結(jié)和比較了不同火麻蛋白改性方式及改性效果。

表2 火麻蛋白改性及其效果

1.2.1 火麻蛋白的物理改性

物理改性是通過高壓、超聲波、微波等處理,對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)或聚集狀態(tài)的改性。一般而言,物理改性不破壞蛋白一級結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)肽鏈完整性得以保持,只對蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象、微觀結(jié)構(gòu)和分子聚合程度產(chǎn)生影響。近些年,物理改性因其綠色、安全、成本低、營養(yǎng)價(jià)值破壞小等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于改善植物蛋白功能特性方面[36],但目前對火麻植物基蛋白物理改性主要集中在超聲波和熱處理。

超聲處理能改變蛋白的功能特性,處理后蛋白質(zhì)分子之間碰撞幾率增加,破壞了蛋白質(zhì)的聚集狀態(tài),使大顆粒的蛋白聚集體解聚成粒徑較小的蛋白分子,增強(qiáng)了蛋白質(zhì)在水中可壓縮性,使蛋白更易分散在水中;且超聲處理破壞了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),部分二硫鍵被破壞,使得更多的活性位點(diǎn)暴露,游離巰基含量增加,蛋白質(zhì)-水的相互作用增強(qiáng),蛋白溶解性增加。相比于未經(jīng)超聲時(shí)的溶解性1.57%,超聲功率400 W處理20 min后火麻蛋白的溶解性提高到11.47%[22]。而高強(qiáng)度超聲處理,火麻蛋白溶解度可大幅度提高到78%[27]。良好的溶解度有助于形成凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),受空化作用影響隱藏的疏水基團(tuán)和巰基暴露出來,相鄰分子通過氫鍵、疏水相互作用、二硫鍵、范德華力以及靜電相互作用等作用力形成網(wǎng)狀的空間結(jié)構(gòu)促進(jìn)了凝膠化,使得凝膠形成所需的最低凝膠濃度值下降[30,37]。另外,由于空化現(xiàn)象導(dǎo)致蛋白顆粒尺寸減小,破壞了分子間的交聯(lián),通過減小粒徑增加溶解度,可以提高乳狀液中蛋白質(zhì)在油水界面的擴(kuò)散速率,火麻蛋白的乳化性得到顯著改善。另外,蛋白表面疏水性增加,促進(jìn)了油脂-蛋白相互作用,火麻蛋白吸油能力也顯著提高[27];此外,經(jīng)超聲處理蛋白的空間構(gòu)象被破壞,致密的球狀結(jié)構(gòu)變疏松,更多的活性基團(tuán)暴露出來,蛋白質(zhì)肽鏈間的相互作用亦加強(qiáng),更易在空氣-水界面形成穩(wěn)定的彈性薄膜,火麻蛋白的起泡性/泡沬穩(wěn)定性亦顯著提高[5,22,27]。

熱處理也是一種有效的改性方式[28]。有研究者將火麻蛋白溶液從pH 7.0調(diào)節(jié)至pH 12.0,然后在不同的溫度(20～80 ℃)條件下處理不同時(shí)間,處理結(jié)束后,降溫并回調(diào)火麻蛋白溶液的pH至7.0。用這種調(diào)pH聯(lián)合熱處理方法對火麻蛋白進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾,發(fā)現(xiàn)未經(jīng)處理的火麻蛋白在水中的溶解度很低(20.6%),且單獨(dú)加熱對其溶解度影響也很小,而經(jīng)pH調(diào)節(jié)和加熱聯(lián)合處理,蛋白溶解度急劇增加,80 ℃加熱60 min時(shí)溶解度達(dá)到97.5%。但高溫處理會形成有毒物質(zhì)丙氨酸(LAL),為了限制該有毒物的產(chǎn)生,加熱溫度和時(shí)間控制在60 ℃和5 min,這樣LAL含量不超過100 mg/100 g蛋白質(zhì),并且部分氨基酸(半胱氨酸和賴氨酸)的損失也很小。在熱堿溶液中,蛋白溶解性急劇增加可能與強(qiáng)靜電斥力和多肽間氫鍵減弱有關(guān)。另外,肽鍵的裂解也有助于提高溶解性,主要取決于加熱時(shí)間和溫度。低溫(20 ℃)調(diào)節(jié)pH對乳化活性影響不大;較高的溫度(60 ℃)調(diào)節(jié)pH對乳化性影響較顯著,一是熱處理會導(dǎo)致部分蛋白結(jié)構(gòu)展開,疏水氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)暴露的增加,將會產(chǎn)生更強(qiáng)的吸油能力,從而產(chǎn)生更大的表面活性;二是蛋白質(zhì)的溶解度提高也有利于提高乳化能力。此外,pH和熱聯(lián)合處理的火麻蛋白在儲藏過程中,蛋白形成的乳狀液在粒徑和分布方面保持了良好的乳化穩(wěn)定性,一方面是聯(lián)合處理使疏水基團(tuán)暴露更多,吸附蛋白之間的相互作用加強(qiáng),在水包油體系(O/W)界面有足夠的覆蓋;另一方面,聯(lián)合處理使界面處蛋白分子彈性的增加對乳液的穩(wěn)定性也很重要[28]。

1.2.2 火麻蛋白的化學(xué)改性

化學(xué)改性是通過對蛋白質(zhì)中羧基、氨基和巰基等功能性基團(tuán)進(jìn)行化學(xué)修飾,從而改善其功能性。化學(xué)改性方法簡單,效果顯著、易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,但目前火麻蛋白的化學(xué)改性研究不多,研究主要為酰基化和糖基化改性。

酰化反應(yīng)改性(主要乙?；顽牾；?是一種很有效的方式,研究表明植物蛋白經(jīng)乙酰化和/或琥珀?；幚?其溶解度、持水性和持油性顯著提高[38],乳化性能得到改善[39]。該方法也得以應(yīng)用于火麻蛋白的改性。研究發(fā)現(xiàn)琥珀?；墒够鹇榈鞍兹芙舛葟?0%逐漸增加到85%～90%,尤其是在酸酐水平高于0.1 g/g時(shí),與乙?；饔孟啾?琥珀?；瘯偈垢嗫扇苄缘鞍踪|(zhì)出現(xiàn),使火麻蛋白溶解度提高,主要是琥珀酰化增加了蛋白的靜電斥力,通過琥珀酸羧基(斥力)取代近端的氨羧基(吸引力),改變蛋白的分子構(gòu)象,導(dǎo)致不溶性聚集蛋白分子的展開。在低酸酐質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0～0.2 g/g)時(shí),乙?；饔媚苁够鹇榈鞍椎娜芙舛葟?0%提升至50%左右,原因是分子內(nèi)和分子間電荷排斥力共同促進(jìn)蛋白質(zhì)的展開,蛋白質(zhì)-水相互作用增加。在高酸酐質(zhì)量分?jǐn)?shù)(>0.2 g/g)時(shí),高度乙?；瘯?dǎo)致火麻蛋白溶解度降低,原因可能是疏水相互作用增加導(dǎo)致麻仁球蛋白分子的聚集。此外,?；磻?yīng)還可以顯著改善蛋白乳化能力。在中性pH條件下,火麻蛋白的乳化活性指數(shù)(EAI)僅為22.1 m2/g,且隨著?；潭鹊脑黾?EAI呈線性顯著增加。經(jīng)琥珀?；鸵阴；幚?酸酐質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0 g/g)的EAI分別為119.0 m2/g和54.4 m2/g。酰基化反應(yīng)對火麻蛋白EAI指數(shù)的提高被認(rèn)為與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的展開和疏水基團(tuán)暴露有關(guān)。因此,?；磻?yīng)處理(特別是琥珀?；?可有效修飾火麻蛋白的某些特定功能特性,尤其是溶解度和乳化能力,但是在實(shí)際操作時(shí)要注意控制酰化程度[40]。

此外,火麻蛋白與多糖結(jié)合,也能改善其乳化穩(wěn)定性和持水能力。研究發(fā)現(xiàn)用堿提取、等電沉淀法提取的火麻分離蛋白,具有作為乳化劑的潛在應(yīng)用價(jià)值,但其在儲藏過程中易受外界因素影響,乳化穩(wěn)定性變差。果膠具有一定的物理強(qiáng)度,可作為火麻蛋白的助穩(wěn)劑,果膠與火麻蛋白通過靜電引力形成蛋白-果膠復(fù)合物,復(fù)合物具有更多的表面電荷,同時(shí)有效阻斷游離巰基(SH)基團(tuán),果膠通過連接相鄰的乳化液液滴形成三維結(jié)構(gòu),可以幫助乳狀液液滴在環(huán)境應(yīng)力作用下保持結(jié)構(gòu)完整性。提高火麻蛋白在水相中的分散性,使蛋白乳化穩(wěn)定性得以保持[41]。

1.2.3 火麻蛋白的生物改性

酶法改性因工藝條件溫和、反應(yīng)易控制、副產(chǎn)物生成少被認(rèn)為是一種優(yōu)異、有潛力的蛋白質(zhì)生物改性方式,廣泛應(yīng)用于改善植物蛋白溶解性、乳化、凝膠化、保水、吸油和起泡能力等功能特性,或者調(diào)整特定蛋白質(zhì)的功能以滿足特定的需求。然而,在某些情況下,廣泛地酶修飾反而會削弱一些食物蛋白質(zhì)的功能特性,甚至導(dǎo)致相應(yīng)的水解物產(chǎn)生異味。因此,采用酶解修飾蛋白功能性質(zhì)時(shí),應(yīng)控制水解度。迄今為止,有限酶法已被用于改善大豆[42]、向日葵[43]、燕麥麩[44]等眾多植物蛋白的功能性質(zhì)。Yin等[26]研究發(fā)現(xiàn)用胰蛋白酶對火麻蛋白進(jìn)行適度酶解,尤其是當(dāng)pH>7.0,可實(shí)現(xiàn)火麻分離蛋白溶解度的極大提高,原因在于可溶性肽從不溶性聚集體或沉淀物中釋放,以及可電離氨基和羧基基團(tuán)暴露數(shù)量增加,因此,有限酶法修飾是改善火麻蛋白溶解度的有效途徑[45]。

2 火麻蛋白衍生肽的功能活性及其作用機(jī)制

火麻蛋白衍生肽一般通過酶解反應(yīng)獲取,且不同氨基酸組成的肽鏈具有不一樣的功能活性。目前,已從火麻蛋白中獲取多種生物活性肽,表3總結(jié)了近年來國內(nèi)外關(guān)于火麻蛋白制備活性肽的研究進(jìn)展。

表3 火麻蛋白衍生肽的功能活性及其作用機(jī)制

2.1 抗氧化活性

抗氧化肽是研究者探索較多的一種功能活性肽,抗氧化活性與氨基酸組成或序列有關(guān),如疏水性氨基酸、芳香族氨基酸、Glu-Leu、His、Pro等[21]?；鹇榈鞍准捌渌猱a(chǎn)物中含有較高的芳香族氨基酸(苯丙氨酸)、谷氨酸、脯氨酸等[5],因此,火麻蛋白肽具有潛在的抗氧化活性。目前已從火麻蛋白中分離獲取了多種具有抗氧化活性的多肽。Tang等[46]研究了6種不同蛋白酶酶解火麻蛋白及其水解產(chǎn)物的抗氧化活性,得到抗氧化活性強(qiáng)弱取決于酶種類及水解時(shí)間。水解產(chǎn)物的DPPH自由基清除能力、Fe2+螯合能力與其多肽得率或表面活性值呈正相關(guān)。Lu等[47]從火麻籽副產(chǎn)物中提取了NHAV和HVRE-TALV 2種新型抗氧化肽,發(fā)現(xiàn)其對H2O2誘導(dǎo)的大鼠嗜鉻細(xì)胞瘤PC12細(xì)胞凋亡具有保護(hù)作用。同樣,林金鶯[5]采用酶解和枯草芽孢桿菌發(fā)酵法水解火麻蛋白,并分離鑒定獲得純化酶解多肽(E2):Phe-Leu-Lys-Leu-Thr-Ala-Glu-Arg和純化發(fā)酵多肽(F2):Arg-Ser-Arg-Lys-Gly-Phe-Glu-Trp-Leu-Arg-Val-Lys,他們都具有很明顯抑制脂肪過氧化能力。并且這兩種多肽都比它們對應(yīng)的水解物清除自由基能力強(qiáng);而且發(fā)酵法多肽F2對DPPH、HO˙、O2-、Fe2+的清除率比酶解法多肽E2的強(qiáng)。Girgih等[48]通過胃蛋白酶和胰酶酶解模擬胃腸消化獲得火麻蛋白水解物(HPH),通過超濾從HPH中分離獲得不同分子量肽段,研究表明,HPH和各分子量肽段組分均具有顯著抑制亞油酸氧化的能力。隨后,Girgih等[49]從水解物中分離獲得具有較高的氧自由基吸收能力和清除DPPH、超氧自由基和羥基自由基能力的8個(gè)肽組分,證實(shí)抗氧化活性主要受肽段氨基酸組成影響,因?yàn)樗夂蟛糠质杷园被釢舛容^高,研究結(jié)果表明,蛋白水解物和特定大小的肽組分對治療氧化應(yīng)激相關(guān)疾病具有潛在的作用。將火麻蛋白水解物(HMH)作為食物添加到自發(fā)性高血壓大鼠(SHR)的飼料中,發(fā)現(xiàn)日糧中HMH的存在導(dǎo)致幼年和SHR大鼠血漿中SOD和CAT水平均顯著升高,總過氧化物水平下降。說明含抗氧化肽的蛋白水解物飲食降低了SHR大鼠體內(nèi)脂質(zhì)過氧化速率,提高了其抗氧化酶水平和總抗氧化能力[50]。從水解物中分離鑒定出活性最強(qiáng)的2個(gè)抗氧化肽:Trp-Val-Tyr-Tyr(WVYY)和Pro-Ser-Leu-Pro-Ala(PSLPA)[51]。Gao等[52]研究發(fā)現(xiàn)質(zhì)量濃度為0.4 mg/mL火麻蛋白水解物具有較高的ABTS自由基清除能力、Fe2+螯合能力、HO·清除能力,還可以顯著提高HepG2細(xì)胞活力。對水解物進(jìn)行色譜純化和LC-MS/MS鑒定得到2個(gè)潛在的抗氧化肽:Tyr-Gly-Arg-Asp-Glu-Ile-Ser-Val(YGRDEISV)和Leu-Asp-Leu-Val-Lys-Pro-Gln(LDLVKPQ)。分子對接技術(shù)顯示,他們的抗氧化機(jī)制都是由于阻斷了過氧化物酶的活性。火麻蛋白水解物具有潛在抗氧化性活性,將火麻抗氧化肽應(yīng)用在功能性食品或治療食品的開發(fā)中,將會提高食品的抗氧化性能。

2.2 降血壓活性

Girgih等[53]研究火麻蛋白經(jīng)胃蛋白酶和胰蛋白酶模擬胃腸消化水解,獲得水解物并分離出不同肽段(<1、1～3 ku),水解物在體外對與血壓升高相關(guān)的血管緊張素I-轉(zhuǎn)換酶(ACE)和血管緊張素原酶具有顯著的抑制作用,動物實(shí)驗(yàn)證明水解物抑制活性高于各肽段。與喂食酪蛋白相比,用火麻仁水解物喂食自發(fā)性高血壓幼鼠及成年鼠,幼鼠收縮壓相比對照組降低了38 mmHg;成年鼠收縮壓降低了31 mmHg[54]。隨后,Girgih等用HR-HPLC技術(shù)從水解物中分離出23個(gè)肽段,發(fā)現(xiàn)WVYY、PSLPA、WYT、SVYT和IPAGV等5個(gè)肽段給小鼠灌胃使收縮壓下降效果較明顯,其中WYT,SVYT和IPAGV具有抑制ACE和血管緊張素原酶的雙重作用。WVYY和PSLPA只對ACE有抑制作用,抑制活性與高含量的疏水的,酸性的,支鏈氨基酸有關(guān)[51]。通過酶抑制動力學(xué)和分子對接研究發(fā)現(xiàn)WVYY對ACE抑制比WYT更高,原因是與WYT相比,WVYY具有較低的血管緊張素原酶抑制常數(shù),對ACE的親和力更強(qiáng)。分子對接研究表明,具有較低抑制常數(shù)的WVYY和SVYT多肽的抑制活性較高是由于它們與酶蛋白的非共價(jià)鍵作用程度較高,尤其是與活性位點(diǎn)殘基形成更多數(shù)量的氫鍵[55]。同樣,Orio等[56]采用高濃度鹽酸水解從火麻中分離出具有ACE抑制活性的GVLY、IEE、LGV和RVR肽段。Samsamikor等[57]率先采用人體喂食和評估實(shí)驗(yàn)開展火麻蛋白及水解活性肽對人體的潛在降血壓活性,并與酪蛋白對比。結(jié)果表明火麻蛋白及其水解物均降壓顯著,且蛋白水解物降血壓效果更好,研究認(rèn)為這與精氨酸濃度較高有關(guān)。此外,Malomo等[58]和衛(wèi)萍等[59]研究考查其他酶單獨(dú)或者復(fù)合酶解火麻蛋白及其水解物對ACE抑制活性,研究結(jié)果也表明火麻蛋白衍生肽具有預(yù)防高血壓和動脈粥樣硬化的潛力。

2.3 降血脂活性

魏連會等[60]通過動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)火麻多肽對高脂飲食喂養(yǎng)大鼠具有一定的降脂作用。與高脂模型組相比,火麻多肽能夠抑制大鼠的體質(zhì)量增長,降低肝臟指數(shù)和血清中總膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)、谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)、谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)水平,升高高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)水平,降低動脈硬化指數(shù)(AI),改善大鼠血流變學(xué)指標(biāo),降低大鼠的全血黏度和血漿黏度;改善肝臟脂肪變性情況?？赡茉蚴腔鹇槎嚯募せ盍薚C、TG代謝通路的關(guān)鍵酶,進(jìn)一步調(diào)節(jié)血脂代謝以達(dá)到降血脂作用,有望成為安全有效的抗高脂血癥保健食品。

2.4 抗炎活性

Mahbub等[61]研究火麻蛋白水解物(HSPH)在緩解內(nèi)皮功能障礙生物標(biāo)志物中的作用,證實(shí)HSPH能降低人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子VCAM-1以及炎癥因子IL-8、IL-1β和IL-12p70的產(chǎn)生。此外,HSPH還能降低二磷酸腺苷的血小板活化標(biāo)志物CD62P的體外表達(dá)以及從健康志愿者采集血液中的H2O2氧化應(yīng)激反應(yīng)。表明,使用火麻作為功能性食品的成分將具有抗氧化、抗炎和對內(nèi)皮功能障礙的保護(hù)作用,但是截止目前,鮮見研究者分離鑒定出具有抗炎活性特定氨基酸序列的肽段。

目前,火麻蛋白衍生的高附加值產(chǎn)品研究主要集中在火麻蛋白肽,包括火麻抗氧化肽、火麻ACE抑制肽、火麻蛋白肽飲料、火麻蛋白肽精釀啤酒、火麻蛋白肽發(fā)酵乳等[5,62,63],但多數(shù)還處于研發(fā)階段,火麻肽產(chǎn)品還鮮見銷售。

3 總結(jié)與展望

火麻作為新型植物基蛋白資源,蛋白質(zhì)含量高、必需氨基酸種類齊全,火麻蛋白衍生肽已被證實(shí)具有抗氧化、降血壓、抗炎等功能活性。盡管火麻蛋白的優(yōu)勢很多、應(yīng)用前景廣闊,但我國對火麻蛋白的精深加工和高值化利用起步較晚,蛋白的部分功能特性差也限制其大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),其應(yīng)用也僅僅停留在火麻蛋白粉、火麻蛋白飲料,市面上并不常見將火麻蛋白及其衍生肽用作膳食補(bǔ)充劑的功能性產(chǎn)品。隨著大健康產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及學(xué)者們對火麻蛋白生理功能及營養(yǎng)功能研究的不斷深入,火麻將不僅是大型蛋白基配料,未來發(fā)展勢必由以往的低附加值粗產(chǎn)品轉(zhuǎn)向具有高附加值的功能保健類產(chǎn)品。所以未來仍需更多的研究來闡明火麻蛋白精細(xì)結(jié)構(gòu)和功能之間潛在的關(guān)系,探索提高其溶解性、乳化性、穩(wěn)定性等功能特性的提取分離和改性技術(shù),完善火麻蛋白功效評價(jià)及采用細(xì)胞、動物模型開展體內(nèi)體外抗氧化、緩解高血壓等生理功能特性機(jī)制,開發(fā)火麻蛋白衍生肽功能性產(chǎn)品,這將有助于新型植物基火麻蛋白產(chǎn)品的高值化、產(chǎn)業(yè)化,開發(fā)針對特定市場、特定功能的各種火麻蛋白衍生產(chǎn)品以滿足現(xiàn)代消費(fèi)者對功能保健食品的需求。