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小麦低聚肽的研究进展及应用趋势

日期: 2016-12-14
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小麦低聚肽的研究进展及应用趋势

 

1、小麦蛋白

小麦在我国已有5000多年种植历史,是三大主要粮食作物之一。主产于河南、山东、河北、安徽、江苏、四川、陕西等省。近几年,小麦年产量1.1亿吨-1.2亿吨之间。

 

小麦一般用来制作食品或加工成淀粉。随着近年来的开发利用,小麦淀粉产量增加,淀粉加工的副产物-小麦蛋白也增加,逐渐成为市场上比较常见的食品配料。

 

小麦蛋白俗称谷朊粉,是从小麦粉中提取出来的天然蛋白质,是小麦淀粉加工的副产物。谷朊粉主要成分为蛋白质,含量约70%~80%,此外还含有少量淀粉、纤维、糖、脂肪和矿物质等。蛋白质中麦醇溶蛋白占蛋白总量的40%-50%,麦谷蛋白占30%-40%,球蛋白占6%~10%,清蛋白占3%~5%,氨基酸组成较齐全,是一种营养丰富的纯天然植物蛋白。

小麦低聚肽的研究进展及应用趋势

小麦蛋白中含有丰富的谷氨酰胺,谷氨酰胺是肌体应激状态下的一种“条件必需氨基”,已经证实在高强度运动或营养状态不佳、疾病等应激状态下,机体对谷氨酰胺需求量增加,以至于自身合成不能满足需要。补充谷氨酰胺具有以下几方面作用:

 

(1)提供机体必需的氮源,促进增长肌肉和肌细胞内蛋白质合成;刺激生长激素、胰岛素和睾酮的分泌,使机体处于合成状态;通过细胞增容作用促进肌细胞生长和分化;(2)谷胺酰胺能够增加力量,提高耐力。特别是运动期间,机体中酸性代谢产物增加使得体液酸化,由于谷氨酰胺具有产生碱基的潜力,因此在一定程度上可减少酸性物质造成的机体运动能力下降或疲劳;(3)谷氨酰胺还是免疫系统的重要燃料,它能够增强免疫系统功能,具有重要的免疫调节作用,它是机体淋巴细胞分泌、增殖及其功能维持所必需的。谷氨酰胺作为核酸生物合成的前体和主要能源,能促进淋巴细胞、巨噬细胞有丝分裂和分化增殖,增加细胞因子TNF、IL-1 等的产生和磷脂的 mRNA 合成。对危重病人提供外源性谷氨酰胺可明显增加机体的淋巴细胞总数、T 淋巴细胞和循环中 CD4/CD8的比率,提高机体免疫功能;(4)参与合成谷胱甘肽(GSH);(5)谷氨酰胺能够维持肠道屏障的结构及功能,是胃肠道管腔细胞的基本能量来源,特别是肠道粘膜细胞代谢必需的营养物质,对于维持肠道粘膜上皮结构完整性十分重要。尤其是在疲劳、感染、外伤等严重应激状态下,肠道粘膜上皮细胞内谷氨酰胺很快耗竭,当肠道缺乏谷氨酰胺或食物、消化液等刺激时,肠道粘膜会发生萎缩,绒毛变稀、变短甚至脱落,隐窝变浅,通透性增加,肠道免疫功能受损等症状。临床实践证明,肠外提供谷氨酰胺可有效防止肠道粘膜萎缩,增强肠道细胞活性,改善肠道免疫功能,维持正常肠道粘膜重量、结构及蛋白质含量,减少肠道细菌及内毒素易位;(6)补充谷氨酰胺可以通过保持和增加组织细胞内 GSH 的储备而提高机体的抗氧化能力,进而稳定细胞膜与蛋白质结构,维护肠道、肺、肝等重要器官和免疫细胞功能,维持胆囊、胰腺、肾脏和肝脏正常功能;(8)谷氨酰胺在促进蛋白质代谢中有积极作用,能够改善机体代谢状况;(9)谷氨酰胺可降低重症胰腺炎病人肠道细菌易位的发生,维持肠道通透性,抑制炎性介质释放,减轻机体应激反应程度,缩短恢复时间。

 

2、小麦低聚肽的制备工艺

小麦低聚肽是以小麦谷朊粉为原料,由小麦蛋白经过酶作用后,再经过特殊处理得到的蛋白质水解物,是由许多分子链长度不等的低分子小肽混合组成的。

 

对于小麦低聚肽制备工艺的研究,在国内的研究中,主要是以谷朊粉为原料,选择不同的蛋白酶进行水解,研究集中在酶制剂的筛选、酶解工艺参数的优化等酶解工艺方面及为筛选具有特定功能片段进行的酶解实验。

 

吴茜等在制备血管紧张素转化酶抑制肽的研究中发现,采用风味蛋白酶、复合蛋白酶和碱性蛋白酶三种蛋白酶水解小麦蛋白,通过比较水解过程和酶解产物的ACE抑制活性,筛选出风味蛋白酶为最佳蛋白酶,小麦蛋白经该酶水解3h后,产物ACE抑制活性达到最大,ACE抑制率为52.5%。

 

王延州等研究制备高谷氨酰胺低聚小麦肽,研究中采用胰酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶、复合蛋白酶和风味蛋白酶等8种蛋白酶对小麦蛋白进行酶解制备高谷氨酰胺小麦肽。实验结果发现碱性蛋白酶和复合蛋白酶能最大限度减少蛋白酶对酰胺基团的破坏。张海华等也研究了小麦面筋蛋白源谷氨酰胺肽的制备工艺,采用Alcalase(碱性蛋白酶),固定底物浓度 6 g/100mL、酶解时间 1 h 情况下得到最佳制备条件为:pH=7.5、T=50 ℃、酶用量 0.033 AU/g Protein,在此条件下所得谷氨酰胺肽中 Gln%=15.85 g/100g、水解度(DH)为 11.8%、平均链长 8 个氨基酸,蛋白质回收率为 83%。经过分离、鉴定,最终得到4中主要的谷氨酰胺肽,分别为:LLEQRFLVDYL、QQPDESQQ、ENSPQSGGWNQT、CLEYDWMDEQSDS。

 

张玲等研究制备具有抗氧化活性的小麦面筋多肽制备工艺。以水解度和抗氧化活性为指标,考察碱性蛋白酶、酸性蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、胰蛋白酶以及小麦水解专用酶分别与中性蛋白酶组合水解小麦面筋蛋白的效果。结果显示中性蛋白酶与胰蛋白酶组合抗氧化活性最强。得到最佳的酶解工艺条件为:中性蛋白酶/胰蛋白酶=2/1、小麦面筋蛋白浓度9%、加酶量为0.07、pH为9、温度为50℃、水解时间为1.5h、DPPH清除率可达到92.87%。

 

张亚飞等选用Alcalase水解小麦蛋白,通过单因素和正交试验确定最佳条件为:酶用量13×103u/g样品,pH9.5,温度60℃,底物浓度4%,反应时间100min;水解度为18.63%。测定水解物中小麦肽的相对分子质量大约分布在147Da~1548Da之间,其中相对分子质量小于600Da的占56.12%,相对分子质量小于2000Da的占74.18%。利用树脂、凝胶分离及质谱测定,最终测定免疫活性最高的两组肽段,分别为His-Cys-Pro-Val-Tyr和Tyr-Leu-Val。

 

3、小麦低聚肽性质、生物活性

现代营养学研究发现,人类摄食的蛋白质是主要以小肽(特别是二肽、三肽)的形式被充分吸收的,并不一定完全以游离氨基酸的形式吸收,代谢生物实验也证实了小肽确实比游离氨基酸更容易更快速地通过小肠黏膜而被机体吸收和利用,吸收率较强。

 

小麦肽是小麦蛋白经过酶解处理的,蛋白质的结构发生变化,小麦肽比小麦蛋白具有更好的溶解性,且比小麦蛋白更容易被人体消化、吸收。

 

国内外对于小麦肽的生物活性研究较多,主要研究的方向归纳为以下几个方面:

3.1 阿片活性

  研究人员根据吗啡、酮唑辛等一组激动药所产生的不同生物活性,分别命名μ、κ、σ 原型,由此发现了μ、κ、σ 3 种阿片受体。δ 型受体是研究人员等在研究内源性阿片肽和内啡肽的效应时发现的。目前人们对μ、κ、δ 型阿片受体的认识已经比较清楚,其基因编码已经被人们克隆,这3 种受体被称为“经典型阿片受体”。Huebner 等发现小麦蛋白的酶解产物中有阿片活性肽,他们用氚标记了这些具有阿片活性的小麦肽,试验结果显示,这些肽可以通过血脑屏障进入大鼠大脑,与脑中阿片受体结合,具有阿片活性。Shin - ichi 等从酶解的小麦蛋白中分离出4 种阿片样肽,它们的结构分别是Gly-Tyr-Tyr- Pro-Thr、Gly-Tyr-Tyr-Pro、Tyr-Gly-Gly-Trp-Leu、Tyr-Gly-Gly-Trp,五肽Gly-Tyr-Tyr-Pro-Thr 与阿片受体δ可以特异性结合,N 端的Gly 增加了五肽的这种结合活性。五肽Tyr-Gly-Gly-Trp-Leu 显示了很多潜在的生物学活性,推测其活性和肽链中的Trp 和Leu 有很大关系。研究人员从小麦蛋白酶解产物中得到了第5个阿片样肽,其氨基酸序列为Tyr - Pro - Ile - Ser - Leu,并将其命名为gluten exorhin C,它的结构与以往报道的任何内源性和外源性的阿片样肽都不同。Tyr - Pro - X - Ser - Leu的结构与活性关系密切,如果X 是芳香族氨基酸或疏水性氨基酸,那么这个肽就具有阿片活性。孔祥珍等采用小鼠热板法和醋酸扭体法对由不同蛋白酶( 碱性蛋白酶、胰蛋白酶、胃酶、胰酶、中性蛋白酶和复合蛋白酶)水解制备的小麦面筋蛋白短肽的镇痛活性进行了体内试验[16]。在小鼠热板法试验中,其痛阈提高率分别为77. 78%、81. 22%、79. 78%; 在小鼠醋酸扭体试验中,其扭体抑制率分别为38. 25%、57. 82%、52. 43%。结果表明,由碱性蛋白酶、胃酶、复合酶( 胃酶和胰酶) 水解制备的3 种面筋蛋白短肽( AWGH、PWGH 和PPWGH)具有较好的镇痛作用

 

3.2 抑制血管紧张素转化酶( ACE) 活性

ACE 是肾素- 血管紧张素系统中的关键酶,其生理作用是把血管紧张素原转化成血管紧张素,血管紧张素与其受体结合,能导致血管收缩、血压升高。抑制ACE 的活性,可以减少血管紧张素的产生,具有降血压的作用。抑制ACE活性已经成为降压药的靶点。Motoi 等利用酸性蛋白酶水解小麦蛋白得到了可以抑制ACE 活性的小麦肽,这个肽的氨基酸残基序列是Ile - Ala - Pro。Ma 等对脱脂的小麦胚芽蛋白( defatted wheat germ protein,DWGP) 进行水解,也得到了能抑制ACE 活性的水解产物小麦肽,超声波可以加速DWGP 的水解。Matsui 等给自发性高血压大鼠静脉注射小麦肽,发现动脉压显著下降,当小麦肽剂量达到50 mg /kg 时,降低效果最好。进一步试验发现,一个三肽的小麦肽发挥了主要的降血压作用,序列是Ile - Val - Tyr,在食物中添加这个小肽,可能会有较好的降血压功效。Nogata 等给自发性高血压大鼠灌胃小麦肽2 h 后发现,大鼠的收缩压显著下降,10 mg /kg 剂量组降压效果持续了6 h,50、200 mg /kg 剂量组降压效果持续了8 h。在自发性高血压大鼠饮水中添加0.02%小麦肽,10 d 后大鼠收缩压显著下降; 添加0. 1% 小麦肽5 d 后,大鼠收缩压显著下降,说明小麦肽有降血压功能。Toyama等人利用蛋白酶在酸性条件下水解麦谷蛋白,得到一个具有ACE抑制活性的三肽Ile-Ile-Tyr-NH3。

 

3.3 抑癌活性

  Calzuola 等从小麦胚芽染色质中分离到一些小分子量的肽( 分子量为600 ~ 1 000 Da) ,发现这些肽能明显地抑制海拉癌细胞的生长,而且这种抑制作用存在剂量依赖性关系。小麦蛋白水解产物中还含有月芸辛成分,这是一种包含43 个氨基酸的长肽,这种长肽具有很好的抑癌作用,该肽的作用机

制与其能抑制核组蛋白乙酰化酶活力有关。

 

3.4 抗氧化活性

  陈英等观察了不同剂量小麦胚活性肽对衰老模型小鼠抗氧化的影响,利用腹腔注射600 mg /( kg·d) D - 半乳糖建立衰老模型,灌胃不同剂量的小麦胚活性肽,45 d 后测定组织中超氧化物歧化酶(SOD) 活性、谷胱甘肽过氧化物酶

( GSH-Px) 活性、总抗氧化能力( T-AOC) 、丙二醛(MDA) 含量。结果表明,小麦胚活性肽能显著提高血清中T-AOC、GSH-Px、SOD 活力以及心脏组织中SOD 和T-AOC 活力,也能显著提高脑和肝脏组织中GSH-Px 活力和脑中T-AOC活力,同时能显著降低血清和各组织中的MDA 含量,说明小麦胚活性肽有较强的体内抗氧化活性。

 

3.5 免疫调节

代卉等用环磷酰胺诱导免疫抑制的小鼠模型,观察小麦蛋白活性肽对免疫抑制小鼠免疫功能和抗氧化功能的影响。结果显示,环磷酰胺处理可以显著降低小鼠血清中抗SRBC抗体(溶血素HC50 )水平和腹腔巨噬细胞的吞噬能力,同时伴随着肝脏超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活力、总抗氧化能力含量的降低和MDA 含量的提高。小鼠灌胃小麦肽后可以恢复HC50 和脾细胞增殖,显著提高抗体生成细胞含量和腹腔巨噬细胞吞噬能力。另外,小麦肽还增强了小鼠血清清除DPPH 和·OH 的能力。小麦肽可以调节应激状态引起的机体抗氧化体系紊乱及免疫功能降低,这可能与小麦肽可以缓冲自由基生成、激活腹腔巨噬细胞和脾淋巴细胞活性有关。

 

3.6 促消化吸收

  潘兴昌等对小麦肽对大鼠氮代谢及胃肠黏膜结构和功能的影响进行了研究。研究结果为:将大鼠随机分为空白对照组及低、中、高剂量小麦肽组和小麦蛋白组分别进行灌胃。灌胃30d后,低剂量小麦肽能显著提高大鼠蛋白质消化率、氮沉积、净蛋白质利用率(P0.05);低、中剂量小麦肽均能显著增加大鼠蛋白质生物学价值(P0.05);低、中、高剂量小麦肽均能显著增加大鼠血清总蛋白含量(P0.05);低、中剂量小麦肽大鼠胃肠道上皮细胞较空白对照组饱满、连接紧密,排列整齐有序;低、中、高剂量小麦肽均能显著上调大鼠小肠黏膜氨基肽酶活力(p<0.05);中、高剂量小麦肽均能上调大鼠小肠黏膜Na+-K+-ATP酶活力(P0.05)。结论:一定剂量的小麦肽能提高大鼠对于蛋白质的吸收与利用,其可能的途径是:促进胃肠道上皮细胞的生长;小肠黏膜氨基肽酶、Na+-K+-ATP酶活力的上调。

 

4、小麦低聚肽的应用趋势

小麦低聚肽由小麦蛋白经过酶解而得到的,在保持小麦蛋白营养特性的同时,还具有良好的加工特性,水溶性、乳化性、配伍性。小麦低聚肽含有小麦蛋白相似的氨基酸组成,谷氨酰胺丰富,且具有多种生理活性功能。因此,小麦低聚肽可以开发功能性食品、保健品及医用食品等。

 

在运动饮料中的应用。运动时,人体处于应激状态,骨骼肌细胞内Gln大量输出,及时适量地补充谷氨酰胺能有效地防止肌肉蛋白的分解,并通过细胞的水合作用,增加细胞的体积,促进肌肉的增长。小麦低聚肽中含丰富的Gln,开发运动饮料可以很好补充体内的Gln,调节运动中的生理机能,促进健康运动。KAZUHIRO AOKI等人研究发现小麦肽能够抑制足球运动员运动后的肌肉损伤。此外,小麦肽也可抑制长跑和重量训练中肌肉损伤。基本可以证明小麦肽对于运动造成的肌肉损伤有一定的抑制作用。

 

在肠内营养制剂中的应用。有研究显示小麦低聚肽具有促进肠道吸收蛋白质的作用。对于消化吸收受限、代谢紊乱的特殊人群,可以尝试食用含小麦低聚肽的产品,改善肠道消化吸收功能。

 

 日本协和发酵工业公司利用含大量谷氨酰胺的小麦肽开发成稠厚状流食,并开始供应有关医院患者作为小肠黏膜代谢基质。该公司对谷氨酰胺液状稳定化进行研究,开发出以肽态呈中性在水中能稳定溶解技术。小麦肽通过选择含谷氨酰胺的小麦蛋白,经酶分解精制而成。

 

 日本学者Horiguchi N等人研究了小麦肽对正常受试人群机体免疫的作用。研究中9名健康志愿者,分成实验组和对照组,实验组试服小麦肽3g/d,连续服用6天,对照组并未试服小麦肽。结果显示试服小麦肽的实验组,NK细胞活性显著提高,且未观察到不良反应。表明小麦肽具有提高机体免疫力的作用。Horiguchi N等人也研究了小麦肽对患有高血脂症和肝炎的出院病人的影响。研究结果显示小麦肽可以改善这类病人肝炎症状和高血脂症状。

 

 在保健食品中的应用。小麦低聚肽在抗疲劳、增强免疫力、降血压等功能,在保健食品领域具有非常广阔的应用前景。

 

 

 

 


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