蛋白質水解物與食品中不同組分之間交互作用的研究進展

牛海力，孔保華，劉 騫，*，王 雪，呂 虹

(1．東北農業大學食品學院，黑龍江哈爾濱150030 2．哈爾濱輕工業學校，黑龍江哈爾濱150076)

目前，利用不同蛋白資源開發蛋白肽已經成為研究的熱點。在過去的十年中已有大量的研究表明許多蛋白質經過酶解后都會產生具有抗氧化活性的抗氧化肽，已有的研究包括乳清蛋白［1］、玉米蛋白［2］、豬血漿蛋白［3］、卵白蛋白［4］，肌肉蛋白［5］，大豆蛋白［6］，馬鈴薯蛋白［7］，以及蕎麥蛋白［8］等。而這些抗氧化肽大多屬于短肽(分子量＜1000u)，相關研究已經表明蛋白質深度酶解物中的短肽更容易被運載體吸收，且吸收效率更高［9］。另一方面，這些短肽具有天然、高效以及安全性高等優點，人體內有些生物功能正是由于這些短肽發揮的生物活性，而蛋白質和氨基酸卻沒有這樣的功能。大量研究證明蛋白質水解物具有抗氧化活性，除此之外，蛋白質水解物還具有許多其他的功能特性，例如能夠形成較高凝膠強度的凝膠、乳化脂肪、結合水分等等。因此，蛋白質水解物與食品組分(包括蛋白質、碳水化合物和脂質等)在實際加工條件下的交互作用以及對食品品質的影響非常值得進一步深入的研究和探索。本文主要介紹了不同蛋白質來源的蛋白質水解物與食品組分的交互作用、作用機理及其對食品功能性質的影響，從而為蛋白質水解物在食品中的應用提供理論參考。

1 蛋白質水解物與蛋白質之間的交互作用

一般而言，蛋白質是一種球形的分子，而蛋白質水解物是一種靈活的線性分子，它們之間的交互作用對于細胞內各種生化反應，比如信號的傳遞、蛋白質的運輸以及酶的調節起著關鍵作用。蛋白質-蛋白質水解物的交互作用只需要一個很小的界面，因此許多反應均可以發生。另外，將小分子的蛋白質水解物添加到蛋白質中也會改善蛋白質的一些功能性質，如起泡性和乳化性。蛋白質水解物作為表面活性劑可以通過降低界面張力(促進液滴破裂)和阻止聚合［10］，有助于油/水界面液滴的形成，進而增強乳化穩定性［11］，這是因為蛋白質和小分子水解物之間可以通過提高靜電斥力和位阻來阻止乳化微滴間的吸引［12］。

1.1 蛋白質水解物與蛋白質交互作用的機理

蛋白質水解物與蛋白質之間的交互作用包括氫鍵、疏水相互作用等，在蛋白質-蛋白質的交互作用中疏水相互作用占主導地位，而蛋白質-蛋白質水解物之間的交互作用取決于二者之間疏水引力和靜電斥力之間的平衡。但是，不是所有的水解物都會與蛋白質發生結合，這種結合是有選擇性的，而且這種結合也不全是特異性的［13］。Das等人［14］通過研究建立了一個數據庫，可以搜索3100種蛋白質-蛋白質水解物復合體系的結構、序列以及實驗現象，同時還可以計算蛋白質-蛋白質水解物復合體系鏈間強的、弱的交互作用的類型，并且可視化殘基間的交互作用模式。

1.2 蛋白質水解物與肌原纖維蛋白的交互作用

蛋白質水解物與肌原纖維蛋白混合，可以提高肌原纖維蛋白的乳化性、凝膠性、流變學性質以及抑制肌原纖維蛋白的氧化程度。Xiong［15］等人研究了小麥谷蛋白水解物在不同鹽離子條件下(0mol/L或0．6mol/L NaCl)對豬肉肌原纖維蛋白凝膠性和乳化性的影響，發現小麥谷蛋白水解物可以抑制凝膠的形成，提高了豬肉肌原纖維蛋白的乳化性。同樣，Ramírez-Suárez［16］等人將經過轉谷氨酰胺酶處理的小麥谷蛋白與肌原纖維蛋白混合，測定肌原纖維蛋白的凝膠、流變性質以及熱變性模式，發現未經轉谷氨酰胺酶處理的肌原纖維蛋白樣品在加熱后期儲能模量不受谷氨酸和酸提取蛋白組分的影響，而用轉谷氨酰胺酶處理的小麥谷蛋白樣品凝膠的彈性更好。Li［17］等人研究了在-25℃凍藏期間加入抗凍劑和乳清分離蛋白質水解物對鯉魚肌原纖維蛋白由冷凍引起的蛋白質氧化及肌原纖維蛋白結構的變化，發現隨著貯藏時間的延長，空白對照組、單獨加抗凍劑組、加抗凍劑和乳清分離蛋白水解物組、加抗凍劑和沒食子酸丙酯組中肌原纖維蛋白羰基含量從每毫克蛋白質 4．02nmol 分別增加到 7．25，6．31，5．26 和4．83nmol，另外，表面疏水性及濁度增加，而巰基含量、Ca-ATP酶活性、蛋白質溶解性及熱穩定性的下降也表明添加復合抗凍劑及乳清分離蛋白水解物可以有效的抑制肌原纖維蛋白的氧化，因此避免了肌原纖維蛋白結構的改變。

1.3 蛋白質水解物與乳清分離蛋白的交互作用

蛋白質水解物與乳清分離蛋白混合可以提高乳清分離蛋白的起泡性和乳化性，另一方面，作為抗氧化劑，蛋白質水解物也可以抑制蛋白質氧化和脂質過氧化。Creusot［18］等人將乳清蛋白酶解液加入到乳清蛋白中，實驗證明因酶解后形成很多小的疏水性多肽而增加了乳清蛋白的聚集反應。Adjonu［19］等人證明預加熱及選擇不同的酶酶解乳清分離蛋白，能夠顯著提高乳清蛋白水解物的雙重功能(生物功能，如抗氧化性、ACE抑制活性以及工藝功能，如納米乳化性)，這種有雙重功能的乳清分離蛋白可以作為生產功能食品的原料。Pe?a-Ramos［20］等人分別用四組純酶系(胃蛋白酶，木瓜蛋白酶，胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶)和三組商業蛋白酶(蛋白酶A，蛋白酶P，蛋白酶F)在預加熱或不加熱條件下酶解乳清分離蛋白，通過測定TBARS(硫代巴比妥酸)值得出結論，純酶系酶解的乳清分離蛋白對食品體系中脂質過氧化的抑制作用較弱，并且只在預加熱處理組中出現抑制作用。

1.4 蛋白質水解物與小麥谷蛋白的交互作用

蛋白質水解物與小麥谷蛋白混合可以提高小麥谷蛋白的起泡性和乳化性。Agyare［21］等人比較了在不同離子強度、溫度和pH條件下加入及不加入轉谷氨酰胺酶對小麥谷蛋白水解液乳化性和起泡性的變化，結果發現，在 pH4．0和 pH6．5時，加入轉谷氨酰胺酶的小麥谷蛋白水解液起泡能力增加;在pH4．0時，加入轉谷氨酰胺酶酶解的小麥谷蛋白泡沫穩定性降低;在pH6．5時，加入轉谷氨酰胺酶的小麥谷蛋白水解液乳化活力增加15倍，而泡沫穩定性受乳化液溫度和離子強度等更多因素的影響。

2 蛋白質水解物與碳水化合物之間的交互作用

食品體系中存在蛋白質水解物和還原糖時，會發生美拉德反應，產生良好的風味，同時，也應采取措施控制該反應產生不良化合物。碳水化合物種類繁多，當蛋白質水解物與多糖混合時，由于多糖復雜的結構可能會誘導蛋白質水解物發生構像的改變，從而改善蛋白質水解物的功能特性。當蛋白質水解物與淀粉等大分子碳水化合物混合時，由于水解物分子量較小，因而它們之間存在一定的位阻，一般在加熱條件下才會發生反應，反應之后可以提高淀粉的糊化、粘度等性質，也可以抑制淀粉的老化。

2.1 蛋白質水解物與碳水化合物交互作用的機理

蛋白質水解物與碳水化合物之間的交互作用，和與蛋白質的作用相類似，如果碳水化合物與賴氨酸的 ε-氨基和游離氨基(α-NH2)發生反應［22-23］，蛋白質水解物中會發生糖化反應。這種糖化反應實際上是對蛋白質水解物的糖基化修飾，由于引入了親水性基團，可以增加復合物的穩定性和溶解性。蛋白質水解物與還原糖發生美拉德反應時是根據蛋白質水解物中含有的羰基及還原糖中含有的氨基發生的。

2.2 蛋白質水解物與單糖的交互作用

蛋白質水解物與單糖之間反應可以提高蛋白質水解物的抗氧化活性。Liu［24］等人將豬血漿蛋白酶解后，加入三種單糖(葡萄、果糖、半乳糖)在95℃分別反應0～6h得到美拉德反應產物，研究結果發現，反應體系的pH和游離氨基含量顯著下降，而褐變程度、中間產物的產量、美拉德產物的還原能力、ABTS和羥自由基清除能力均隨著加熱時間的延長而顯著增加。豬血漿蛋白水解物與半乳糖反應得到的美拉德產物褐變程度和抗氧化活性最高，并且這兩個指標呈現典型的線性關系。Liu［25］等人將乳清分離蛋白與葡萄糖以1∶1的比例混合加熱，研究結果表明反應體系的顏色、紫外吸收波長、熒光強度以及抗氧化活性(還原能力、自由基清除能力)均隨著反應時間的延長而顯著增加，同時，通過SDS-PAGE電泳分析發現乳清分離蛋白與葡萄糖形成了高分子量聚合物，傅里葉變換紅外光譜也表明乳清分離蛋白的酰胺Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區均發生了變化，說明反應形成的高分子量聚合物的穩定性和抗氧化活性均較高。

2.3 蛋白質水解物與多糖的交互作用

蛋白質水解物與多糖反應，可以增強水解物的起泡性;而對具有一定生物活性的抗菌肽、抗內毒素肽等水解物與多糖反應，可以增強水解物的抗菌、抗內毒素活性。Herasimenka［26］等人用銅綠假單胞菌，洋蔥伯克霍爾德菌和肺炎克雷伯菌生產出來的細菌多糖與SMAP-29和LL-37抗菌肽復配來研究阻止肺病原體先天免疫系統效應的可能機制，體外實驗表明，這兩種肽的抗菌活性由于加入了三種多糖受到了不同程度的抑制;圓二色譜實驗表明，抗菌肽與多糖之間的交互作用誘導了α-螺旋構象的形成;熒光測量結果也表明抗菌肽與多糖之間確實發生了交互作用。Martinez［27］等人研究適當水解的向日葵蛋白與不同種類多糖復配對多糖起泡性的影響，結果發現水解程度較低時，這種復配增加了多糖的泡沫逸出和泡沫穩定性，而水解程度較高時，卻沒有增加多糖的泡沫逸出和泡沫穩定性，黃原膠相對其他多糖的黏度更高，可以更好的提高起泡性，因此，根據多糖與水解物復配后泡沫的體積和表面的流變性質，蛋白質的的水解程度會極大的影響多肽與多糖之間的交互作用。Schmidtchen［28］等人也討論了在溶液中和膜界面上影響多肽與多糖之間交互作用的理化因素，并綜述了這些理化因素如何影響這類肽的抗菌、抗內毒素的功能，以及如何將其應用在治療中。

2.4 蛋白質水解物與淀粉間的交互作用

淀粉對許多食品的質構特性有促進作用，它可以作為增稠劑，膠體穩定劑，凝膠劑，填充劑，保水劑、粘合劑等廣泛用于食品和工業應用中。淀粉的理化性質取決于很多因素，如淀粉顆粒的大小，顆粒大小的變化范圍，顆粒表面的蛋白質，而最重要的因素是顆粒的結構，顆粒中直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例，以及它們各自的分子量。

研究已經發現，將淀粉添加到食品中，由于淀粉與食品中各組分的交互作用，可以改變淀粉的某些性質，如老化、黏度、凝膠溫度和流變學性質等。Lian［29］等人分別用酸性、堿性、中性蛋白酶酶解大豆蛋白，然后將酶解液加入到玉米淀粉中，發現三種酶解大豆蛋白水解物一定程度上都會抑制玉米淀粉老化，通過測定紅外光譜和質譜表明在老化過程中大豆蛋白多肽可能會與玉米淀粉C-1的還原端發生反應，氫鍵在玉米直鏈淀粉的C-2，3間形成，而酸性、堿性、中性蛋白酶水解物中含有7種氨基酸的多肽可能是抑制玉米淀粉老化的主要抑制劑。Goel［30］等人在玉米淀粉與酪蛋白和酪蛋白質水解物交互作用的研究中發現，隨著加入到酪蛋白質水解物中淀粉含量增加，凝膠溫度沒有改變，但凝膠穩定性降低;當用酪蛋白或酪蛋白質水解物取代玉米淀粉時，由于淀粉稀釋效應，所有樣品中均觀察到峰值及粘度的下降。Considine［31］等人在研究牛奶蛋白質和淀粉之間的交互作用時，發現淀粉和牛奶混合在一起時，它們之間交互作用的范圍很大，這種交互作用取決于它們的相對含量，淀粉和牛奶成分的理化性質以及牛奶中的組成成分。

3 蛋白質水解物對脂質氧化的抑制作用

在食品中，自由基引起的脂肪酸和脂質過氧化導致食品中產生腐臭味和不良的化學物質，這種氧化進一步導致食品質量的下降、食品保質期的縮短，甚至可能會由于食用有潛在毒性的反應產物而產生某些疾病。因此，為了防止食品品質的惡化，采取措施抑制食品中自由基的形成以及脂質過氧化顯得尤為重要。近年來，蛋白質水解物中的抗氧化肽由于其較高的安全性、抑制脂質過氧化和清除自由基方面的高效性而備受關注。這些抗氧化肽的活性可能會受到不同參數的影響，如源蛋白，水解度，肽結構，氨基酸組成以及蛋白酶類型。在過去的幾十年中，蛋白酶解抗氧化肽已從黃魚肌肉［32］、羅非魚魚皮明膠［33］、雙髻鯊肌肉［34］、貽貝肌肉［35］中分離出來。

當蛋白質與脂質共存時，脂質的極性末端與蛋白質的多肽鏈中各個氨基酸側鏈通過疏水鍵、靜電力、范德華力作用連接，主要表現為競爭性吸附和合作吸附。溶液體系中蛋白質與脂質的種類和濃度、界面pH、其它溶質的特性及蛋白質與脂類在溶液中的比率等因素決定這兩種分子發生交互作用的類型［36］。另一方面，由于蛋白水解液具有很強的抗氧化活性，因此一定程度上可以抑制脂質過氧化，從而提高食品的質量。蛋白質水解物的抗氧化抑制作用可能通過以下途徑來實現:(1)絡合酶的活性部位Fe3+;(2)與底物競爭酶的活性部位;(3)與酶分子之間的交互作用而影響或改變酶的空間結構，從而降低酶的活性［37］。Zhou［38］等人利用三種微生物蛋白酶酶解大米蛋白，然后經過連續的超濾分離出具有抗氧化活性的酶解肽，進一步證明這種酶解肽可以作為天然抗氧化劑抑制豬肉中脂肪氧化并可以提高產品的貨架期。Kong［2］等人分別用堿性蛋白酶和木瓜蛋白酶酶解玉米醇溶蛋白，發現酶解產物可以作為金屬離子螯合劑或氫供體，以及自由基穩定劑抑制脂質過氧化，證明蛋白質水解物或者某些從食品中分離出來的特定多肽加入到豬肉制品中可以有效的抑制脂質過氧化。Park［39］等人研究了從小麥谷蛋白水解物中分離出的不同等電點的肽段對豬肉餡餅中脂質過氧化的抑制作用，發現等電點小于3．0和大于9．0的多肽相比于其它等電點的多肽和純小麥谷蛋白水解物表現出更好的抑制脂質過氧化能力，因此，結果表明多肽的分布以及多肽與食品中組分的交互作用對于抑制脂質過氧化起著舉足輕重的作用。Sakanaka［40］等人證明卵黃蛋白水解物具有抗氧化活性并且可以很好的抑制牛肉和金槍魚均漿液中脂質的過氧化。

4 展望

近幾年，蛋白質水解物與食品組分之間的交互作用已經受到了廣泛的關注。大多數水解物的物理化學性質和化學結構是非常復雜的，而且他們與食品組分之間的交互作用是一個復雜的過程。大量實驗已經證明在食品體系中加入蛋白質水解物能夠起到較強的抗氧化活性，抑制脂質和蛋白質氧化的作用，并且可以改善蛋白質的一些功能性質。今后的研究重點應集中在以下幾個方面:(1)深入探討蛋白質水解物與各種食品組分互作的機理，(2)將蛋白質水解物作為一種成分添加到食品中，研究他們對食品品質和加工性質的影響。以期為其在食品體系中的廣泛應用奠定堅實的理論基礎。

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