大豆多肽的研究进展

高蕾蕾,李迎秋

(齐鲁工业大学 食品科学与工程学院,山东 济南 250353)

大豆多肽属于生物活性肽,是以大豆蛋白为主要原料,经过提取分离、纯化并精制而成的低聚肽的混合物(蛋白质水解物),通常以由3～6个氨基酸组成的小分子肽为主,还含有少量游离氨基酸、糖类、水分和无机盐等。大豆多肽具有较高的营养价值,其氨基酸组成与大豆蛋白完全一样[1],是一种理想的新型大豆深加工产品。

1 大豆多肽的制备

大豆多肽的制备方法:一是利用各种分离提取技术提取生物体中存在的天然活性肽;二是用化学或酶解的方法将大豆蛋白水解成小分子肽,其工艺关键是控制大豆蛋白水解过程并尽量减少游离氨基酸的生成[2]。

1.1 酶水解法

酶水解法是目前工业化生产大豆多肽的主要方法,其中蛋白酶的选择是制备大豆多肽的关键。常用的酶主要分为动物蛋白酶、植物蛋白酶和微生物蛋白酶,目前应用较广的主要是枯草杆菌1389、放线菌166、栖土曲霉3942、黑曲霉3350和地衣型芽孢杆菌2709等微生物蛋白酶[3]。

1.2 发酵法

用微生物发酵法生产大豆多肽,主要是利用发酵菌株的产酶和酶解能力。通常是以大豆蛋白为底物,以能在生长代谢过程中分泌大量胞外蛋白酶的菌株为发酵菌株,水解大豆蛋白,便可得到相应功能的大豆多肽。

1.2.1 固态发酵法

固态发酵法是一种或多种微生物在固态基质上发酵的方法。其优点是能耗低、丝状真菌在固态发酵过程中不易受到细菌污染、成本低、操作简便等,主要应用在酿酒曲、酱油曲、豆腐乳和豆豉等的生产中。高晓梅等[4]以豆粕粉为原料、大豆多肽转化率为指标,对固态发酵生产条件进行优化,提高了大豆多肽的含量,表明固态发酵法可制备大豆多肽,并具有较好前景。

1.2.2 液态发酵法

液态发酵法是一种或多种微生物在液态基质上发酵的方法。余勃等[5]以豆粕为原料,利用发酵菌株枯草芽孢杆菌(Bacillus. subtilis SHZ3)分泌的蛋白酶和羧肽酶水解大豆蛋白的方式制备具有生物活性的大豆多肽。与用纯酶制剂制备大豆多肽相比,用发酵法制备大豆多肽具有明显优势,可以很好地解决目前大豆多肽生产中成本居高不下、所得产品苦味难除等问题。

2 大豆多肽的纯化

由于水解物中含有多种成分,很难用一种方法将其中所需的多肽分离出来,因此,要想获得具有生物活性和较高纯度的多肽,可以采用多种纯化手段分离纯化目标肽。

2.1 膜分离法

2.1.1 超滤技术

超滤技术是利用超滤膜的选择性对溶液中不同大小的分子进行分离。利用超滤技术实现大豆多肽的分离纯化,不但可以提高大豆多肽的品质、节约试剂,而且能够实现连续化生产。良好的操作条件和合适的膜材料是大豆多肽分离纯化的关键。

田少君等[6]利用超滤技术分离纯化大豆分离蛋白酶解液,优化超滤条件并确定各超滤级分清除自由基的能力,结果表明以相对分子量小于3 kDa的短肽为主的大豆蛋白酶解液具有较高的自由基清除率。黄文凯等[7]利用超滤技术处理大豆肽,比较处理前后小鼠体外免疫功能的变化情况,结果表明大豆肽本身具有免疫增强作用,但经过超滤处理的大豆肽能显著提高小鼠的免疫能力。Rao等[8]研究发现,经过超滤膜处理的大豆多肽,其功能特性与大豆粉没有显著区别,却具有独特的香气。

2.1.2 纳滤技术

纳滤技术是一种介于反渗透和超滤之间的膜分离技术。它不但可以截留溶质,浓缩脱盐,提高分离效率,而且能够保持生物活性,降低污染,提高产品质量,因此被广泛应用于食品工业。Martin-Orue等[9]探究了纳滤膜在复杂溶液中对肽和带电氨基酸纳滤的作用机制,结果表明,在一定pH和离子强度下,膜和溶质的特性及其相互作用是主要影响因素。Butylina等[10]使用超滤分离和纳滤技术纯化乳清蛋白,得到乳清衍生肽,表明这类肽的分离可以采用杂交膜方式。李猷等[11]利用超滤和纳滤装置对鱼蛋白水解液进行除杂浓缩,得到鱼多肽产品,结果表明新工艺能降低能耗且无污水排放,得到的多肽产品纯度提高了9.0%。

2.1.3 微滤技术

微滤膜是一种高分子材料,可将液体中所有大于膜孔径的微粒截留,其孔径均匀,流速快,可得到高纯度的滤液。李丹等[12]采用微滤膜对棉籽蛋白酶解液进行除杂,结果表明膜孔径为100 nm的微滤膜更适合纯化得到棉籽蛋白多肽。杨万根等[13]在对猪血红蛋白水解液除杂浓缩时发现,利用0.2 μm的微滤膜和截留量为3.5 kDa的超滤膜可获得富含多肽和血红素的浓缩物。

膜技术作为大豆多肽分离的新型技术,在生产应用中往往与其他技术协同作用,以弱化膜污染带来的问题,最大限度地提高分离纯化的效率。膜技术在食品工业中的应用将会越来越广泛。

2.2 色谱分离法

色谱分离法是根据待分离物质与固定相和流动相之间作用力的差别,当流动相中的待分离物质与固定相发生作用时,在一定推力作用下,不同组分在固定相中因滞留时间不同而依次流出,从而达到分离纯化的目的。

2.2.1 反相高效液相色谱法

高效液相色谱法是以液体为流动相,采用高压系统,将待分离的物质泵入固定相中实现样品的分离纯化。反相高效液相色谱法已成为肽类研究的主要分离方法。孙冰玉等[14]利用反相高效液相色谱法检测大豆多肽中的β-CM-3 并确定其含量。卢鹤等[15]研究了三氯乙酸和梯度洗脱对大豆多肽分离的影响,建立了反相高效液相色谱法的分离分析方法。Krusa等[16]用反相高效液相色谱法对大豆蛋白进行了纯化和定量分析。

2.2.2 凝胶过滤色谱法

凝胶过滤色谱法遵循分子筛的原理,按照各组分分子量大小进行分离,相对分子量大的不能进入孔内,很快被洗脱,相对分子量小的进入孔内,移动的路程长,后被洗脱。凝胶过滤色谱法因设备简单,分离条件温和,操作方便,易保持生物活性而被广泛应用于各种物质的分离纯化。

马利华等[17]利用SephadexG-15凝胶过滤层析纯化不同菌种制备大豆多肽,并对纯化后的不同分子量组分进行抗氧化能力研究。Kim等[18]选用凝胶过滤色谱SephadexG-50 分离大豆蛋白。周媛媛等[19]将相对分子质量小于6000的大豆多肽用葡聚糖凝胶SephadexLH-20进行分离纯化,研究表明抗氧化性最好的组分a和b的相对分子质量分别为630和310。

2.2.3 离子交换色谱法

离子交换色谱法主要是利用离子交换原理和液相色谱技术测定溶液中的阳离子和阴离子,从而达到分离纯化的目的。Wu等[20]利用离子交换色谱法分离三种蛋白酶,并探讨其分离提取条件,为分离此类物质提供了依据。张晓梅等[21]利用离子交换色谱SP-SephadexC-25 分离具有降血压作用的大豆肽。

2.2.4 毛细管电泳法

毛细管电泳法是以毛细管为分离通道,以高压电场为驱动力,根据各样品组分之间分配系数的不同实现分离纯化的技术。因其具有分离速度快、效果好等优点,成为大豆多肽分离纯化的有效方法。刘静等[22]利用毛细管法对水解大豆多肽的分子量进行测定,结果表明水解肽的分子量主要集中在8200 Da以下。Issaq等[23]利用该方法研究分离了5个九肽,分离快速、准确。

3 大豆多肽的精制

3.1 脱色

大豆多肽呈棕黄色或褐色,添加到食品中,其色泽不易被人们接受。粉末活性炭有脱色作用,其成本低、效率高,但再生困难,产物损失率高,因此在实验中常常混合使用多种吸附剂。吴逸民等[24]利用数据统计分析的方法研究了复合吸附剂(硅藻土、活性炭等)对大豆多肽脱色的效果,结果表明在多肽溶液浓度200 g/L、吸附剂用量15%、吸附温度80 ℃、吸附时间5～10 min时,大豆多肽的脱色效果显著。

3.2 脱苦

大豆多肽在酶解过程中会产生苦味,影响其进一步应用。周利亘等[25]对大豆多肽苦味的形成机理及其脱苦技术进行了综述,研究表明:多肽的苦味是由疏水性氨基酸引起并与其氨基酸的结构组成有重要关系;在大豆多肽脱苦技术中,酶法和微生物脱苦技术具有广泛的应用前景。吴逸民等也就复合吸附剂对大豆多肽的脱苦处理进行了研究。

4 大豆多肽的生理特性

4.1 降血压,降血脂,降胆固醇

大豆多肽具有降血压的作用。血浆中的血管紧张素原被肾素水解成血管紧张素Ι,在血管紧张素转化酶(ACE)作用下,继续水解产生血管紧张素Ⅱ,促使血管强烈收缩,血压上升。大豆多肽可抑制ACE的活性,降低血压。Skin等[26]发现注射5 mg/kg大豆多肽的强活性片段可显著降低心脏收缩压,这也表明大豆多肽具有降低血压的作用。

大豆多肽具有降低血清胆固醇的作用。大豆多肽可刺激体内甲状腺激素的分泌,促进胆固醇的胆汁酸化,阻碍肠道内胆固醇的再吸收,从而促使胆固醇排出体外。刘忆梅等[27]运用统计分析技术对大豆多肽的功能进行研究,结果表明大豆多肽可显著提升高密度脂蛋白胆固醇的含量而降低低密度脂蛋白胆固醇的含量,说明大豆多肽具有降低血清胆固醇的作用。

4.2 调节血糖浓度,抗疲劳

大豆多肽具有调节血糖浓度的作用。陈晓光等[28]研究发现,大豆多肽对α-葡萄糖苷酶有缓慢抑制作用,其中α-葡萄糖苷酶可将非还原糖分解成葡萄糖,因此大豆多肽可不受胰岛素分泌量的影响而抑制血糖急速上升,以维持平衡状态。

大豆多肽具有抗疲劳的作用。王启荣等[29]研究大豆多肽固体饮料对耐力项目运动员恢复的促进作用,结果表明大豆多肽可促使运动员增加瘦体重、提高血清睾酮水平、降低训练后RPE的等级,说明大豆多肽具有一定的抗疲劳作用。 Sharma等[30]也进行了相关研究。

4.3 促进脂肪代谢和矿物质吸收

大豆多肽具有促进脂肪代谢的作用。大豆多肽可活化交感神经,激活发热脏器褐色脂肪功能,阻止脂肪吸收,促进脂肪代谢,减少人体的脂肪[31]。Ishihara等[32]研究发现在给小鼠灌胃含有5%大豆多肽的水溶液时,小鼠附睾脂肪垫和周围脂肪的重量明显减少。

大豆多肽具有促进矿物质吸收的作用。大豆多肽可与钙、锌、铜等离子形成螯合物,保持其可溶状态,利于机体吸收。张智等[33]研究发现大豆多肽可与钙等微量元素有效结合,形成络合物,促进钙吸收。

4.4 抗氧化,抗癌

大豆多肽具有抗氧化的作用。肽类化合物广泛存在于自然界中,其中一些天然肽具有抗氧化作用。Fei等[34]研究发现蛋白酶水解大豆蛋白得到的大豆多肽具有抑制亚油酸自动氧化和清除自由基的作用。荣建华[35]系统研究了大豆多肽的抗氧化作用,结果表明大豆多肽对脂质体系、非脂质体系、酶系统、非酶系统、体外试验均有显著的抗氧化作用。

大豆多肽具有抗癌的作用。Hellerstein[36]从大豆中定性了一个抗有丝分裂肽,其对抑制肿瘤具有重大意义。小鼠口服不同剂量的大豆多肽,可增强其单核-巨噬细胞的碳廓清功能和半数溶血值,表明大豆多肽具有调节免疫力的作用[37]。

4.5 低过敏性

过敏反应是因过敏源的存在而导致的免疫球蛋白传递的特异性反应,是一种非正常的病理性免疫应答。大豆蛋白具有抗原性,往往会导致过敏反应。与大豆蛋白相比,大豆多肽具有较低的抗原性,能减弱过敏反应的程度,为机体补充氮源[38]。大豆多肽的低抗原性可以应用到易引起过敏反应的食品中,尤其是低抗原性的婴儿食品。

4.6 营养特性

人体摄取的蛋白质经消化后,常常以多肽的形式被吸收利用,因此大豆多肽可参与游离氨基酸的转运吸收。大豆多肽还能通过血中血蛋白的升高,降低小肽对水与电解质的排泄,达到预防腹泻的效果。同时大豆多肽还保留了原蛋白质的营养特性,能够消除抑制因子,提高多肽的吸收效率[39]。

大豆多肽作为一种新型大豆深加工产品,不仅具有较高的营养价值,还具有很好的生理功能。随着社会经济、科学技术的不断发展和工艺条件的不断改善,大豆多肽的质量不断提高,其产品将会成为人们日常生活中的一种优质蛋白营养品，具有较好的发展前景。

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