北京秦藤供应链研究所
孙前进物流研究室
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食源性生物活性肽的研究进展

    生物活性肽是一类对人体功能有积极影响,最终影响人体健康的特定蛋白片段。研究发现,食物本身或者食物中蛋白通过体外或者体内水解的方式得到的某些蛋白片段(肽),拥有生理或生化活性(熟化和食物的发酵等)。食源性活性肽是指来源于植物或动物食品的肽,运用于功能食品对人体具有增强肌体防御功能、调节生理节律、预防疾病和促进康复等作用的一类肽。


    近20年来,国内外生物活性肽的研究极为活跃,越来越多的生物活性肽被发现和分离,并确定结构。大量的研究表明,这些肽不仅能作为氨基酸供体,还具有广泛的生理调节功能,如激素作用、参与肌体免疫调节、降血压、降胆固醇、抗氧化、抗血栓、促进矿物质吸收等,是药物方向的天然宝库。化学和生物学领域的重大突破,特别是活性肽作用机理的阐明,对食源活性肽的研究起到了巨大的推动作用。许多经动物试验及临床研究证实的健康安全的肽,已经作为功能因子而添加到功能食品中。本文对近年来食源性生物活性肽生理功能的研究以及目前存在的活性肽产品进行了综述。


1  食源性生物活性肽及其生理作用


    目前,食源性活性肽主要是来自植物和动物食物(蛋白)具有一种或多种的生物活性的肽,其中研究最多和最广泛的是奶制品、大豆及其制品。活性肽可以直接存在于某些食品中,但大多数活性肽潜藏在食物如牛奶、鸡蛋、肉、鱼、大豆、小麦等蛋白序列中,只有在某种条件下如体内胃肠道酶、食品发酵、水解等释放出活性片段后才表现出生理活性。


    表l总结了已经报道的生物活性肽,包括了抗菌活性,阿片样活性,降血压,降低胆固醇,促进免疫,促进矿质运输等,而且多种肽的复配在一起可以加强一种肽的功能。这些肽安全性高,大自然中蛋白资源丰富而廉价,易于进行工业化生产的,因此受到了广泛的关注。


    1.1阿片样肽


    阿片样活性肽是最早发现的活性肽,Christine z等采用胃蛋白酶水解小麦谷蛋白和酪蛋白,得到一类具有吗啡内源、最多配体结构相似的,能够和u一、8一和K一阿片受体结合的肽,称为“外啡肽(ex一orphins)”。它能够作为激素和神经递质与体内的^y一,u一和k一受体相互作用,起到镇痛、调节人体情绪、呼吸、脉搏和体温等功能。通过对外源和内源配体研究表明,阿片肽主要活性结构序列肽由N一端的酪氨酸残基(除了酪蛋白阿片)和位于N一端第三位或第四位的芳香族或者脂肪族氨基酸残基(Phe或Tyr)构成,而且脯氨酸残基在第二位对于Phe和Tyr侧链的三维定位相当重要。激动活性和内源配体相当,但拮抗肽产生抑制作用与一种阿片受体抑制剂药物一同纳洛酮相似。


    Brantl报道含有7个氨基酸残基的小肽(Tyr— Pro—Phe—Pro—Gly—Pro—IIe)具有阿片活性,该小肽源于B一酪蛋白第60——66位残基片段被称为酪啡肽。牛乳a1一酪蛋白经水解也可生成两类a一酪啡肽:Agr—Tyr—Leu—Gly—Tye—Leu和Agr—Tyr— Leu—Gly—Tyr—Leu—Gin,分别对应于a1一酪蛋白的90——95和90——96片段。B一酪啡肽氨基酸序列相当于B一酪蛋白的60—70、60——66、60——64片段的残基序列。Takahashi等从蛋清蛋白酶解液中提取到一种类阿片样拮抗活性的寡肽,称为Oryzaten.sin,一级结构为Gly—Tyr—Pro—Met—Pro—Eeu— Pro—Arg,对于治疗因阿片样活性亢进引起的各类病特别有效。酪啡肽是一条长链肽在肠道组织中被分解的活性肽片段,经过肠黏膜,与遍布肠道和大脑的u一和δ一受体作用,而显示生理活性。酪啡肽可以调节肠道的功能、加强肠道网的水分和电解质的吸收,进而减缓肠道对营养物质的运输,还能够作为抗腹泻剂使用。 


    1.2降血压肽


    高血压是一种常见的多发病,全世界约有15%的人患高血压,每年因高血压死亡1200万人左右,由于高血压还是引发冠心病、心肌梗塞、脑猝死和肾功能衰竭的主要原因,是目前一个十分严重的社会公共卫生问题。


    肾素一血管紧张素系统(RAS)中有两个关键酶,肾素和血管紧张素转化酶(ACE)。肾素的专一性把血管紧张素原转化为血管紧张素I,接着血管紧张素I被ACE分解成血管紧张素II。目前已知血管紧张素II是引发高血压的主要原因,所以抑制ACE酶活性成为研究的热点。


    Oshima等从明胶的酶解液中提取了ACE抑制肽。这是首次从食源性的蛋白质中提取得到ACE抑制肽,之后就开始在食物消化蛋白中提取出了大量的ACE抑制肽,诸如牛奶、鱼、肉和清酒中。ACE抑制肽主要是一些短链的肽,一般含有如脯氨酸这类的极性氨基酸残基。以最初由降血压肽和免疫调节肽Val—Pro—Pro和Ile—Pro—Pro为例,可以通过前体蛋白质(B一酪蛋白和K一酪蛋白)通过瑞士乳杆菌酶(Lb.Helveticus)发酵牛奶得到。


    1.3抑菌肽


    抑菌肽可以分为环状肽、糖肽和脂肽三类。食物蛋白经过酶解可能产生出抑菌肽,尤其是来自牛奶蛋白。Lactoferricins是目前研究最多的抑菌肽,从牛和人类的乳铁蛋白中分离出来的,具有抗革兰氏阴性细菌和白色念珠菌的活性。从a1一酪蛋白和(3s2一酪蛋白中可以提取到短肽片段,能够抑制金黄色葡萄球菌的生长。抑菌肽能够抑制革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、霉菌和酵母菌的生长。Lactoferricins的抑菌机理是通过改变膜的渗透性达到抑菌的效果。


    1.4免疫调节肽


    免疫调节肽能够增强细胞免疫功能,目前研究最多的是从乳酪蛋白的胰蛋白酶、胰糜蛋白酶水解物中分离而得到的,具有能够增强机体的免疫力,在生物体内起重要的免疫调节作用,还能刺激淋巴细胞增殖,自然杀伤细胞(NK细胞)活性,抗体合成和细胞因子的调节等作用。免疫调节肽可以降低人体遗传性过敏症的反应,加强胃肠道黏膜的免疫功能。来自于食源大豆蛋白胰蛋白酶解产物的六肽和大米蛋白水解物的八肽,被证实具有刺激巨噬细胞吞噬功能,激发超氧阴离子自由基,激发非特异的免疫防御系统。尽管如此,目前对免疫调节肽如何发挥其功能的生理机制还不甚清楚,有待进一步的深入研究。


    1.5矿质元素吸收肽


    牛乳酪蛋白能够稳定钙离子和磷酸离子。利用胰蛋白酶消化水解酪蛋白产生含磷酸化丝氨酸残基的酪蛋白磷酸肽(CPPs),CPP有a一和B一两种,分别由a一酪蛋白和B一酪蛋白水解产生。仅一CPP从as1一酪蛋白的N一末端的第43个氨基酸残基开始,到第79个氨基酸残基结束,含有几个具有高级电荷的丝氨酰基部分;而B—CPP从B一酪蛋白N一末端的第一个氨基酸开始到第25个氨基酸结束,含有4个丝氨酰基部分的蛋白质一级结构序列。这些磷酸化的丝氨酸是酪蛋白和磷酸钙之间作用形成胶团的活性结构。高度磷酸化的CPP对钙的结合能力很强,说明CPP中的丝氨酰的磷酸化对结合钙离子并能够提高钙的生物利用度。


    动物试验表明CPPs能够提高钙离子的溶解度,防止钙离子在小肠内生成磷酸钙沉淀,促进钙离子的吸收和利用。Chabance等证实人体摄入奶后,胃和十二指肠有酪蛋白磷酸肽存在。CPPs能够防止羟磷灰石(氟磷灰石)沉淀的生成。Reynolds等证明来自酪蛋白的磷酸肽能将钙和磷酸离子稳固在牙齿表面促进珐琅质的修复。


    1.6抗血栓肽


    目前已经知道抑制血小板凝聚和阻止血纤蛋白原结合到小板表面的受体上的肽是潜藏在糖巨肽的序列中的,用肾素水解K一酪蛋白可以将其释放出来。对牛乳K一酪蛋白进行胰蛋白酶水解,得到一种能够阻止血纤蛋白原与血小板结合、显示出抗血栓活性、含有K一酪蛋白106—169序列、与K一酪蛋白糖苷的部分残基序列相同、具有抑制胃液分泌和抗胃癌活性的肽(Casopiastrin)。一些抗血栓肽能够在摄入了母奶或者婴儿配方奶后的新生儿的血清中检测到,但它们的重要意义还不是很明确。


    1.7细胞调节肽


    大量的研究证明食源性生物活性肽可以调节不同生长期细胞的活力。Hyone—Jolee等从酪蛋白的酪蛋白酶一糜蛋白酶降解产物中分离得到一种具有刺激巨细胞巨噬绵阳红细胞的功能的肽。随后Parker等又从酪蛋白中分离出了两种活性肽:Val—Glu—Pro—Ile—Pro—Tyr和Gly—Leu—Phe,可以抑制肿瘤细胞的生长,体外实验表明其具有细胞毒作用。对鼠胚胎成纤维细胞、鼠淋巴瘤细胞、人胃癌细胞有生长抑制效果。酸奶中所含分子量为500——10 000 u的肽在体外实验中抑制了肠癌的活性,可以抑制结肠癌细胞的增殖。吕正兵等首次从鲨鱼肝脏中分离纯化获得鲨肝活性肽(sHAP),使得肝细胞凋亡率下降。曾晓波等对菜籽蛋白酶水解产生的菜籽肽对S180肉瘤的生长有抑制作用。细胞调节肽的细胞调节和免疫调节作用说明食源活性肽在抗肿瘤方面有积极作用。


    1.8食品感官肽


    1.8.1调味肽


    所谓调味肽是一类具有不同氨基酸序列的能够增进酸、苦、甜、咸味觉的肽。由此分类为甜味肽、苦味肽、酸味肽和碱性肽(见表2),通过模拟、掩盖、增讲口味.可以用来改善人或其他动物的适口感。


    1.8.2增强风味肽


    利用肽的缓冲作用可以起到增强风味的作用,如Gly—Leu,Pro—Glu等,与酵母浸出物相关的烤肉和乳酪样香料的香味多归因于风味短肽,除此之外,肽还可作为食品的风味和香味化合物的前体。


    1.8.3苦味掩盖肽


    寡聚谷氨酸(Glu—Glu,Glu—Glu—Glu等)可作为各种食物的苦味掩盖剂,是高钠调味剂的代替品,可被糖尿病患者和高血压患者使用,作为健康饮食的组成成分被广泛的运用。 


    1.8.4抗氧化肽


    从牛乳蛋白中提取的一些肽,能够防止必需氨基酸的过氧化反应,称为抗氧化肽,大多数的抗氧化肽存在a——酪氨酸序列中。如果在His—His二肽的N一端添加了一个亮氨酸或者脯氨酸残基,能够加强抗氧化活性和更好促进与非肽抗氧化剂如BHT或者BHA的协调作用。某些肽具有金属“清道夫”和过氧化氢分解促进剂作用,可降低自动氧化速率,减少脂肪过氧化氢含量和自由基的生成,在动物饲料和人类食品市场中具有巨大的开发前景。


    1.8.5表面活性肽


    从酪蛋白、乳清、大豆和麸皮水解物分离得到的某些肽具有表面活性剂的作用,如从酪蛋白中得到的多肽片段B—CN(193——209)和p—CN(1——25)可以作为食品的稳定剂和乳化剂。某些糖肽及其衍生物对一些食品和饮料的稳定性有重要作用,如糖肽在啤酒泡沫的形成和稳定中有重要作用。


2  生物活性肽在食品中的应用


    文中述及的大多数生物活性肽都是食品加工生产过程中自然产生,如发酵、奶酪的熟化等,还有一些是在胃肠道酶系作用下产生,这些肽的安全性很高。


    许多生物活性肽被用作添加物添加到“功能食品”或者“营养保健品”中,就为这些传统食品的改变之后扩大了市场。表3是一些生物活性肽在功能食品中具体应用。


    生物活性肽也运用于其他保健方面。例如,CPPs与钙能形成可溶性的复合物,防止生成钙磷酸盐沉淀,添加到牙膏中可起到抗龋齿的作用。食源性生物活性肽也含有潜在的药理成分,例如,含有LKPNM氨基酸序列的降血压肽胶囊就是由干鲣通过嗜热菌蛋白酶水解、提取、分离、合成的。


3  生物活性肽的安全性


    含有活性肽的食品是否具有其相应的保健功能必须通过人体试验验证,但是食品组分对人体健康的影响是一个漫长的过程。因此,要得到生物活性肽对人体健康影响的准确数据、确保卫生安全需要花费很长时间来完成一系列试验。为了确保食品中生物活性成分包括活性肽的健康安全,必须既做体外试验又做体内试验。此外,还要对存在于食物中的活性肽以及可能存在的副产物的副作用包括毒性、细胞毒性和过敏原进行评价。


4  发展前景和展望


    食源活性肽领域在未来的研究重点仍然是发现新的肽以及揭示其可能存在的保健功能。新技术方法的应用如肽的系统合成、模拟肽学和量效结构关系等必将加速新活性结构的发现以及提供准确的活性构象信息。化学、生物信息学的发展以及计算机辅助药物设计的应用不仅能有效地鉴定活性序列,同时还能通过搜寻数据库从蛋白链上将活性结构序列找出来。


    目前很多添加或宣称含有生物活性肽的食品已经面市,但这些活性肽的生物可利用度还缺乏足够的研究。利用生物工程技术改造的微生物来生产活性肽可能会成为未来研究的又一方向,因为某些微生物携带有活性序列的密码子更利于细胞生长调节肽的研究。


    我国是农业大国,蛋白质资源廉价而丰富,对开展食源性生物活性肽的研究非常的有利,美国、日本、荷兰等国家已经广泛的将生物活性肽投人生产并运用于人类保健功能食品中,但在我国投入生产和已经生产出的食品生物活性肽还屈指可数,因此,在我国发展生物活性肽食品产业有非常好的前景。

 

责任编辑:玲儿

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