生物活性肽的功能与制备研究进展

重点阐述了生物活性肽的分类和合成方法
并对发展前景进
生物活性肽是指具有生物活性的多肽 这些多肽小 到只有 ２ 个氨基酸的双肽 也可以大到复杂的长链或环 状多肽 而且常经过糖苷化 磷酸化或酰化衍生 在细 胞生理及代谢功能的调节上具有重要的作用 特别是短 肽的发现已经成为多肽类药物和功能性食品添加剂的开 发热点
目前有天然抗菌肽在医药上的应用 运用到食品工 业上有部分取代化学防腐剂的趋势 如 Ｎｉｓｉｎ 的使用 １．１．２ 神经活性肽 主要存在于牛乳 鲔鱼 大豆及 其它豆类等许多食品蛋白质的水解物中 如酪激肽 乳 啡肽 － 内啡肽 －ｅｎｄｏｒｐｈｉｎ 亮氨酰 － 脑啡肽
Ｌ ｅ ｕ － ｅ ｎ ｋ ｅ ｐ ｈ ａ ｌ ｉ ｎ 甲硫氨酰 － 脑啡肽 Ｍ ｅ ｔ － ｅｎｋｅｐｈａｌｉｎ 它们能调节神经的信息传递 现已成为食
实验室水平下常用化学合成法 按其合成介质可分 为 液相合成 和 固相合成 固相合成法在２０ 世纪６０
年代才出现 与传统的液相合成法并驾齐驱 其优越性 在于固相载体有利于合成中不断增长的肽链固定 环化 去保护和纯化 且易实现自动化 然而 由于设备和试 剂的昂贵严重限制了固定相合成法在规模化生产上应用 目前主要在合成含有 １０ １００ 个残基的多肽或为筛选而 快速建立多肽库时应用 虽然液相合成法是合成小分子 肽的浓缩多肽片段的有效方法 但化学合成法本身具有 下述缺点 消旋化和副反应 需要对肽侧链中的基 因进行保护 尤其是固相合成时 需过量的链接试剂 和酰基载体 链接试剂的毒性残留影响制品和环境 ２．３ 重组 ＤＮＡ 法
以数个氨基酸结合生成的低肽比氨基酸有更好的消 化吸收性能 且营养和生理效果更为优越 不仅如此 其中许多肽还具有原蛋白质或其组成氨基酸所没有的新 功能 这些生物活性肽都以非活性状态存在于蛋白质的 长链之中 当用适当的蛋白酶水解时 它们的活性就被 释放出来 １
１ 生物活性肽的分类
按照功能的不同 可分为以下几类 ２ １．１ 生理活性肽 Ｐｈｙｓｉｏｇｉｃａｌｌｙ Ａｃｔｉｖｅ Ｐｅｐｔｉｄｅｓ １．１．１ 抗菌肽和抗病毒多肽 包括由细菌与真菌而来 的环肽 糖肽 脂肽等 另外，Ｙｉｎｇｚｈａｎｇ ３ 从蚕豆 Ｖｉｃｉａ ｆａｂａ 这种豆类植物中也获得了植物抗菌肽 命名为 Ｆａｂａｔｉｎｅ，但它只对革兰氏阳性和阴性细菌有效 而对 酵母无效 Ｈｏｌｚ ４ 研究了真核和原核生物中核糖体合 成的抗菌肽 如 杆菌素 昆虫防御素 ａｔｔａｃｉｎ 和脊椎 动物中的抗菌肽
品药理学的焦点之一 １．１．３ 酶调节及抑制肽 这类多肽参与了许多生化代 谢的途径 其中可以抑制血管收缩素转换酶 ＡＣＥ 活 性的多肽已经被用作抗高血压的药剂 ５ 其蛋白质序列 Ｃ 端多半为脯氨酸 且可以在牛乳酪蛋白 鱼肌肉 玉 米蛋白质等水解物及许多发酵食品中发现 １．１．４ 激素及激素调节肽 包括垂体后叶催产素 Ｄｘｙ－ ｔｏｃｉｎ 促肾上腺皮质激素 ＡＣＴＨ 垂体后叶加血压 激素 Ｖａｓｏｐｒｅｓｓｓｉｎ 生长激素抑制素 Ｓｏｍａｔｏｓｔａｔｉｎ 等 它们具有促进平滑肌收缩 促进类固醇合成以及促 进血管收缩的功能 １．１．５ 免疫活性肽 人体内的中间白色胞素 ｉｎｔｅｒｌ－ ｅｕｋｉｎ 与干扰素 ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｎ 是一些可以活化与调节 免疫反应的多肽 而食品成分中的一些多肽片段也被发 现具有免疫活性 如来自 － 麦醇蛋白中的 Ｎ 端八肽 除此之外 还包括来自一些病原微生物的免疫诱导表面 肽 糖肽 以及一些非食物和食物来源的变异原等 １．２ 其它生物活性肽
２００５ 年第 ８ 期
中国食物与营养 Food and Nutrition in China
Ｎｏ．８，２００５
生物活性肽的功能与制备研究进展
杜 林 １ 李亚娜 ２
１ 仲恺农业技术学院食品科学系 广州 ５１０２２５ ２ 中山大学化学与化学工程学院 广州 ５１０２７５
摘 要 行了展望
关键词
对生物活性肽的研究进展进行了综述 生物活性肽 合成 脱苦
二肽是通过它们的缓冲作用而增强食品风味的 而谷氨
酸寡聚肽则是以苦味掩蔽剂的形式添加到蔬菜汁或果汁
中
谷胺酰多肽是葱类的风味前体 在面包 可可
和花生发酵时释放出的短肽 它们能在焙烤时形成多种
杂环芳香族的化合物 这是通过多肽与糖的美拉德反应
及其降解而形成的 ８ 相对而言 对氨基酸在热降解时
产生风味物已做了深入的研究 而对多肽在这些反应中
长期以来 对多肽的研究集中在内源生物活性肽的 医学作用上 而它们在食品质构中的作用则是最近的研
杜林等 生物活性肽的功能与制备研究进展
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究热点 已经认识到多肽对食品感官风味存在一定的影 响 在有些食品中 尤其是奶酪 它的苦味 甜味 酸 味以及肉汤味和杏仁味的产生都认为与乳蛋白水解产生 的某些肽类有关 有的研究还发现 多肽对提高冻藏肉 的风味也有贡献 在最近几年内 已有大量食品来源的 多肽被分离和鉴定 其开发重点是食品甜味剂 抗氧化 剂 风味剂和营养强化剂 １．２．１ 感官肽 ｓｅｎｓｏｒｙ ｐｅｐｔｉｄｅｓ 阿斯巴甜二肽和 天门冬酰丙氨酸酯是甜度较高 且不产能的甜味剂 迄 今为止 阿斯巴甜被 ７５ 个国家核准使用在数百种的食 品和保健产品中 其商业化的成功 促使了更多甜味剂 的研究 现已发现了甜味剂的几种新型结构 如含赖氨 酸的转化阿斯巴甜二肽 氨基丙二酸二肽 它们可作为 阿斯巴甜的替代物 而且在食品加工中不象阿斯巴甜那 样呈现酯的性质 所以更为稳定
天然多肽甜味剂的来源主要是一些植物蛋白 如 莫那灵 ｍｏｎｅｌｌｉｎ 沙马汀 ｔｈａｕｍａｔｉｎ 仙茅甜蛋白 ｃｕｒｃｕｌｉｎ 马槟榔甜蛋白 ｍａｂｉｎｌｉｎ 等 它们已进 入到产品利用上的评估阶段 可以用作精选食品的甜味 剂 而且ｃｕｒｃｕｌｉｎ和另外一种水果双肽ｍｉｒａｃｕｌｉｎ 还能 掩蔽酸味 使之转化为甜味
以上讨论了多肽在食品和医药工业中的应用 但是 大规模合成或从天然资源中分离活性肽实际上非常困 难 且费用昂贵 这是限制多肽产品面市的主要原因 因此 许多学者努力寻求其它途径来大规模生产多肽
２ 多肽生产
２．１ 概述 生物技术的发展 为人们从食品蛋白质中生产特殊
的活性肽提供了条件 人们获得活性肽的来源有 存 在于生物体中的各类天然活性肽 激素类 酶抑制剂 等 消化过程中产生或体外水解蛋白质产生 通过 化学方法 液相或固定相 酶法 重组 ＤＮＡ 技术合成
肉中的一种天然二肽 能抑制体外由铁 血红素 脂氧
化酶和单线态氧催化的脂氧化 也能抑制蒸煮肉在冷藏
时的氧化酸败 因而在肉制品工艺中具有极好的应用前
景 可作为天然抗氧化剂使用 抗氧化活性肽如肌肽
谷胱甘肽 大豆蛋白酶解物等作为天然抗氧化物具有低
毒 高效等特点 具有应用的优势 １０
含有寡肽的各类天然食品都能抑制多酚氧化酶
从人乳和牛乳蛋白中分离获得的营养活性肽是关注 的焦点 一些来自酪蛋白和 ｃａｓｏｍｏｒｐｈｉｎ 的磷酸肽 已经作为膳食强化剂和药物在使用 它们具有广泛的生 理活性 如 免疫调节 预防高血压 抗凝血和调节矿 物质的吸收等 因此奶制品或乳制品既是营养品 又是 生理活性物质 虽然对牛乳肽在体外的作用有大量的研 究 而对其在体内的重要作用至今尚不清楚
科学工作者已从植物和动物蛋白质中分离出了多种 毒素 如 蓖麻蛋白 ｒｉｃｉｎ 刀豆球蛋白 ｃｏｎｃａｖａｌｉｎｓ 红豆碱 ａｂｒｉｎ 和蜂毒 ｍｅｌｌｉｔｉｎ 等 具有抑制酶 尤 其是胃蛋白酶 活性的多肽在豆类植物中被发现 这类 酶抑制肽会降低蛋白质的生物利用率 但有趣的是 它 们在体内却有抑制癌变的潜力 其它食物来源肽 如磷 蛋白肽可与二价或三价微量元素 钙 镁和铁 螯合而 加快矿物质在体内的运输 一些食物来源肽还具有微妙 的生理作用 如来自奶酪乳清中的 唾液酪蛋白巨肽 对食欲有控制作用
酸味肽对酸味和 Ｕ ｍ ａ ｍ ｉ 风味的形成是必需的， Ｕｍａｍｉ 风味与谷氨酸单钠 ＭＳＧ 风味相似 是由含 有谷氨酸和天门冬氨酸二肽和三肽的钠盐所致 若是游 离氨基酸形式则不呈酸味 若含有 － 谷氨酸的多肽则 有涩味 Ｕｍａｍｉ 风味是许多食品风味的基本成分 研 究发现 具有 Ｕ ｍ ａ ｍ ｉ 风味的多肽顺序为 Ｌ ｙ ｓ － Ｇ ｌ ｙ － Ａｓｐ－Ｇｌｕ－Ｇｌｕ－Ｓｅ－Ｌｅｕ－Ａｌａ 这种八肽最早是从木瓜 蛋白酶处理后的牛肉中分离得到 被称为 美味肽 是 构成牛肉汤风味的主体 ７ 美味肽的风味是由其结构中 的 ３ 部分共同作用的结果 Ｎ－ 端碱性二肽 Ｌｙｎ－Ｇｌｙ 中间酸性三肽 Ａｓｐ－Ｇｌｕ－Ｇｌｕ 和 Ｃ－ 端三肽 Ｓｅｒ－Ｌｅｕ－ Ａｌａ 若将上述 ３ 种成分混合 或用 ｏｒｎ－ Ａｌａ 咸 味肽 代替其中的碱性三肽组分 或则 Ｇｌｕ－Ｇｌｕ 代替其
质的功能性质 这一方面是由于产生了具有较低结构级
数 二级 的多肽 另一方面是由于提高了蛋白质在等
电点附近的溶解度 我们经常从酪蛋白 乳清蛋白 大
豆蛋白和面筋蛋白水解物中获得多肽 如一些酪蛋白多
源自文库
肽段
Ｓ１－ＣＮ １－２３
－ＣＮ １９３－２０９ 和
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中国食物与营养
－ＣＮ １－２５ 等 它们在食品中就具有很好的稳定 性和乳化能力 从而改善了酪蛋白的功能性质 此外 对蛋白质进行适度水解 还可以提高其起泡性 在啤酒 泡沫的成分中 含高分子多肽 糖肽和类黑精 这些表 面活性剂对泡沫的形成和稳定起着关键的作用 １．２．４ 营养肽 在营养不良或消化吸收有问题的病人 的配方食品上 多肽或蛋白质水解物已经逐渐取代氨基 酸作为氮源的应用 人们已经证明二肽与三肽被人体吸 收的效率较氨基酸高 ７ 将 Ｇｌｕ－Ｌｙｎ 强化在小麦 面筋中制造面包是非常好的 Ｌｙｎ 来源 常在苯丙酮酸尿 病患者膳食中添加由游离苯丙氨酸构成的多肽 而且由 于多肽的低抗原性使其对牛乳蛋白过敏儿童的低过敏婴 儿配方食品中得以广泛的应用
在过去１０年 对多肽合成已进行了一些基础研究 主 要是一些高价值药物肽 如生物活性肽类似物 蛋白酶 和激酶底物以及病毒表面蛋白序列 产生位点专一抗体 的合成 具体选用哪一种应根据所需肽的链长和质量而 定 目前酶法合成只局限于短肽的合成 而重组 ＤＮＡ 技 术则能合成大分子肽 含高达几百个氨基酸残基的巨肽 固相合成法则是用来合成中等链长多肽的主要方法 ２．２ 化学合成法
的作用却研究得较少
１．２．２ 抗氧化肽 某些多肽及蛋白质水解物可以降低
油脂食品的自动氧化速率与过氧化物的含量 其原理不
外乎捕捉金属离子或者是促进过氧化物的降解 美拉德
反应产物－－类黑精能与重金属离子螯合 尤其是铁 而
形成无氧化力的复合物 从而降低氧化速率 大部分抗
氧化肽的片段中含有组氨酸 ９
肌肽 ｃａｍｏｓｉｎｅ －Ａｌａ－Ｈｉｓ 是存在于动物肌
ＰＰＯ 的活性 如土豆和蘑菇中含有低分子二肽 约
１０００Ｄａ 能抑制苹果干和葡萄汁中的 ＰＰＯ 除此之外
这些肽可能还直接与 ＰＰＯ 的催化产物醌作用而阻止了黑
色多聚氧化产物的形成 从而降低了酶促反应的速度
１．２．３ 表面活性肽 酶水解蛋白质时常常会破坏蛋白
质的功能性质 但在某些情况下 酶水解却能提高蛋白
重组 ＤＮＡ 法没有上述缺点 但需要一个长期的研 究与开发阶段 若一旦建立起了一个重组 ＤＮＡ 体系 就 可以利用廉价的原料经发酵大量生产活性肽 如果有望 成功 将会有广阔前景 然而迄今即使用此法来制备小 分子肽也没有取得成功 ２．４ 酶法
中的酸性三肽组分 也能产生类似 美味肽 的风味和
阈值
某些碱性二肽具有很浓的咸味 协同构成了
Ｕｍａｍｉ 风味 但其味感与氨基酸的离子化程度和反离
子的存在有很大关系 Ｕｍａｍｉ 风味和咸味肽的协同运
用主要是作为糖尿病人和高血压患者以及保健食品中的
无钠 调味料
多肽在食品风味里发挥的作用并不仅局限于它们对
基本味的贡献 象 Ｇｌｕ－Ｌｅｕ Ｐｒｏ－Ｇｌｕ 或 Ｖａｌ－Ｇｈｕ 等
虽然大多数情况下要避免食品产生苦味 但在许多 食品中 如 啤酒 咖啡 水果汁和奶酪 苦味却是其中 一个重要的感官成分 已从发酵食品中 如奶酪 可可 沙淇酒和蛋白质水解物中分离出了苦味肽 并对其进行 了初步的构象 呈味关系研究 结果发现苦味主要由分 子中的疏水性氨基酸和碱性氨基酸造成的 ６ 现在已提 出多种模型解释多肽苦味与特殊氨基酸的存在 它们在多 肽中的相对位置以及多肽的整体构造之间的关系