蛋白質酶水解物的功能特性及其生物活性的研究進展

周迎春，姜太玲，李月仙，劉 倩，宋記明，文定良，劉光華

（1.云南省農業科學院熱帶亞熱帶經濟作物研究所，云南保山 678000；2.保山全心農業科技有限公司，云南保山 678000）

蛋白質水解物（Protein hydrolysate） 的生產方式分為化學降解法和酶降解法[1]。化學法是利用酸堿水解蛋白質，至今已有100多年的歷史，反應條件劇烈，酸催化蛋白質水解時可破壞色氨酸，堿催化蛋白質水解則使胱氨酸、半胱氨酸、精氨酸等受到破壞，還能引起氨基酸的外消旋化[2]。酶法水解與化學法相比，具有效率高、條件溫和等優點，水解過程中氨基酸的結構和構型保持不變，僅使肽鍵斷裂，也不會產生有毒有害的物質[3-4]。蛋白質酶水解前后的功能特性與生物活性顯著不同，水解產物主要是氨基酸和多肽，其中含量最多的是多肽，多肽不但具有與蛋白質相類似的功能特性，還有蛋白質無可比擬的生物活性。

1 蛋白質酶水解物的功能特性

隨著肽鍵的斷裂，蛋白質的水解物主要發生3種變化：①帶電基團增加親水性和凈電荷增加；②分子結構變化導致蛋白質內部的疏水基團暴露；③抗原性降低。這些變化在微觀上導致蛋白質包括分子大小、表面活性和疏水性、與碳水化合物相互作用等物化性質發生變化，在宏觀上能引起功能特性（如溶解性、起泡性、乳化性等） 的改變[5]。

功能特性是指蛋白質、肽在配置、加工、貯藏和制取過程中的理化性質，包括溶解性、乳化性、起泡性等，其功能特性的優劣取決于蛋白質、肽本身的化學組成、構象、環境因素（如濃度、pH值、離子強度、脂類、碳水化合物、表面活性劑、風味物質），以及加工處理的條件（如加熱、pH值調整、離子強度）[6-7]。

1.1 溶解性

無論水解度有多大，蛋白質水解物溶解度在等電點附近有顯著增加，這是因為蛋白質在水解酶的作用下，打破了蛋白質中特定的肽鍵，蛋白質水解產生的肽具有更小的分子，相比天然的蛋白質少了二級結構，親水性氨基和羧基增加的緣故[4，8]。

黃建韶等人[9]利用木瓜蛋白酶對大豆分離蛋白（SPI）進行酶法改性試驗。結果顯示，酶水解能顯著提高SPI的溶解性。當酶解條件為pH值7.0，溫度55℃，底物質量分數3%，酶濃度12 000 U/g，酶解時間3 h時，SPI的水解度超過25%，即使在SPI的等電點處，其酶解液仍然具有較好的溶解性。孔祥珍等人[10]用Alcalase酶解面筋蛋白，酶解物的溶解性在pH值2～11時有較高的溶解性（＞60%），與原始蛋白質相比，蛋白質酶解物的溶解性顯著提高。Mune M M A等人[11]用胃蛋白酶水解豇豆蛋白濃縮物，蛋白質的溶解性在等電點和中性pH值處有所增加。Zhao Q等人[12]利用復合蛋白酶水解米渣蛋白，在很寬的pH值范圍內，溶解性都超過80%。

1.2 乳化性

蛋白質水解物的乳化性受水解度的影響很大，可通過控制水解度而使乳化性提高。有研究表明，輕度酶水解時，蛋白質內部的疏水基團暴露，有利于膠束形成，并使大量肽分子進入油水界面，降低了界面張力，使乳化性提高；進一步水解時，親水性明顯增強，疏水性下降，乳化性降低[13]。

據報道，大豆分離蛋白經胰蛋白酶水解后乳化性提高較為明顯，最佳可達74.69%，通過酸與胃蛋白酶的共同處理，乳化性也得到顯著提高[14-15]。胰蛋白酶水解大麻分離蛋白，則導致了水解物乳化活性指數的降低[16]。侯瑤[17]利用中性蛋白酶和胰蛋白酶限制性水解大豆濃縮蛋白，其乳化活性和乳化穩定性均有顯著提高。Demirhan E等人[18]采用堿性蛋白酶酶解芝麻餅粕蛋白，隨著水解度的增加，水解物的乳化穩定性降低，乳化活性則增加。

1.3 起泡性

發泡力（FP） 和泡沫穩定性（FS） 是評價發泡性質的2個常用指標，發泡能力良好的多肽，其泡沫穩定性較差；而發泡能力較差的多肽，其泡沫的穩定性卻較好。

有研究表明，蛋白質經酶解后，許多疏水基被暴露出來，使酶解溶液疏水性增加，表面張力減弱，發泡力會增強[13]，而水解度的高低也影響水解物的起泡性。大豆分離蛋白經胰蛋白酶水解后，起泡性在水解度6.38%時最高，達到350 mL；經木瓜蛋白酶水解后，起泡性和泡沫穩定性均在水解度5.23%時最好，分別為475 mL和42.55%；經米曲蛋白酶水解后，起泡性在水解度8%時達到最高點，泡沫體積為495mL[14]。芝麻餅粕經堿性蛋白酶水解，隨著水解度的增加，發泡穩定性降低，發泡活性增加[18]。

2 蛋白質酶水解物的生物活性

蛋白質的酶水解產物中含量大量具有生理活性的多肽，包括抗氧化活性肽、抑制血管收縮素轉化酶（ACE）活性的多肽類（即降血壓多肽類）、抗菌活性肽、免疫調節肽、促進礦物質吸收的多肽等。

2.1 抗氧化活性

把具有抑制生物大分子過氧化或清除體內自由基功效的生物活性肽稱為抗氧化活性肽（簡稱抗氧化肽）[19]。無論是植物蛋白還是動物蛋白，有些蛋白經酶水解后的產物都具有抗氧化活性。

采用堿性蛋白酶水解蕎麥球蛋白，酶解液的分子量在1 000 D以下時具有較強的抗氧化能力，清除超氧陰離子自由基、羥自由基和DPPH自由基的IC50值分別為0.75，0.897，0.38 mg/mL，用同樣的蛋白酶酶解蕎麥清蛋白，酶解產物對超氧陰離子自由基清除率達37.06%[20-21]；蛋清蛋白用胃蛋白酶水解，其水解物表現出抗氧化活性，當水解度為16.93%時，對DPPH自由基清除活性為96.07%±3.84%，羥自由基清除活性為36.82%±1.46%，超氧陰離子清除活性為67.72%±2.51%[22-23]；卵蛋黃蛋白用消化酶水解，其水解物也具有抗氧化活性[24]。許多學者還用蛋白酶水解植物物料（如大米、菜籽、麥胚、玉米、甘薯、棕櫚仁餅、鷹嘴豆、黃菜豆、豌豆種子、核桃仁、脫脂后的核桃渣等）中的蛋白質，其水解產物表現出一定的抗氧化活性[25-35]；用蛋白酶水解動物物料（如乳清、鱈魚皮、帶魚皮、草魚、羅非魚、竹莢魚內臟、蝦虎魚肌肉、飛行魷魚肌肉等）中的蛋白質，其水解產物也都具有抗氧化活性[36-43]。

2.2 降低血壓

天然蛋白水解得到的肽具有顯著的降血壓作用，因而被稱為降血壓肽，降血壓肽主要是通過競爭性抑制人體中的血管緊張素轉化酶（ACE） 的活性而達到降低血壓的作用。

趙元暉等人[44]先后用菠蘿蛋白酶和Alcalase蛋白酶水解海地瓜的體壁蛋白，水解產物中＜2 kDa的組分具有很強的ACE抑制活性，其IC50值為0.615mg/mL。姚興存等人[45]用木瓜蛋白酶酶解條斑紫菜，抑制降血壓的活性可達30%以上，ACE抑制肽的IC50值為4.48mg/mL；用堿性蛋白酶對雞蛋蛋清進行水解，其水解產物對ACE的抑制作用達78.9%，用木瓜蛋白酶對其進行水解，產物可以抑制ACE的活性[23，46]。蜥魚肌肉蛋白經中性蛋白酶水解，其水解物中含有血管緊張素轉換酶抑制肽，也能起到降血壓的作用[47]。另外，用蛋白酶水解酪蛋白、杏仁、利馬豆、貽貝、黃菜豆、核桃中的蛋白質，其水解產物都在一定程度上能抑制 ACE 的活性，達到降血壓的目的[32，35，48-52]。

2.3 抑菌作用

抗菌肽（Antibacterialpeptide）又叫抗生素肽（Antibiotics peptide）、抗微生物肽 （Antimicrobial peptide），是由多種生物細胞特定的基因編碼經外界條件誘導而產生的一類具有廣譜抗細菌、真菌、病毒、寄生蟲、抑殺腫瘤細胞等活性作用的多肽。

酪蛋白經過用胃蛋白酶、胰蛋白酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶水解，其水解產物對大腸桿菌都有較強的抑菌活性[53-56]；胃蛋白酶水解乳鐵蛋白得到的多肽對大腸桿菌具有較強的抑菌活性，抑菌率達到98.8%[57]；革胡子鯰魚骨蛋白經胃蛋白酶水解，獲得的水解物對大腸桿菌、藤黃微球菌及枯草芽孢桿菌的抑菌率分別為71.40%，56.88%和64.54%[58]；麻瘋樹粕蛋白通過蛋白酶（胃蛋白酶、胰蛋白酶、復合蛋白酶、中性蛋白酶、風味蛋白酶、木瓜蛋白酶、堿性蛋白酶、酸性蛋白酶）水解，其產物也具有抗菌活性[59]。

2.4 促進免疫功能

蛋白質經蛋白酶水解后，能產生具有免疫活性的多肽，從乳酪蛋白酶解產物中已分離鑒定出許多免疫調節肽，如αs1-酪蛋白源免疫調節肽、β-酪蛋白源免疫調節肽、κ-酪蛋白源免疫調節肽[60]。彭汶鐸等人[61]研究表明，木瓜蛋白酶水解鮑魚所得的酶解提取物可改善氫化可的松型免疫低下小鼠的體重、胸腺和脾質量，能提高胸腺和脾臟淋巴細胞增殖能力；以羊骨粉為底物，用木瓜蛋白酶和胰蛋白酶制備復合酶解物，適當劑量的羊骨酶解物能提高小鼠的非特異性免疫、體液免疫和細胞免疫能力[62]。

2.5 促進礦物質的吸收

以牛乳酪蛋白為原料，選用適當的蛋白酶將其水解，從中分離純化而得到的一類富含磷酸絲氨酸的生物活性肽，被稱之為酪蛋白磷酸肽（CPPs）。CPPs可作為無機離子載體促進腸膜對鐵、鋅、硒的吸收和利用，在動物小腸內能與鈣結合，阻止磷酸鈣沉淀的形成，使腸內溶解鈣的量大大增加，從而促進鈣的吸收和利用，CPPs是目前報道的唯一促進鈣吸收的活性肽[63-65]。

3 結語

蛋白質作為一切生命物質的基礎，其酶水解物在實際生產中也發揮著重要作用。它的功能特性可用于食品行業中，酶水解物的溶解性、黏度的大小可以決定飲料的感官品質；水解物的乳化性質、發泡性質等在面團焙烤產品（面包、蛋糕等）中起到了決定性的作用；酶水解物的功能特性在乳制品（干酪、冰激凌）、肉制品、糖果制品等食品的生產中也發揮了極其重要的作用。另外，蛋白質酶水解物所具有的生物活性可用于食品、醫藥等領域。利用蛋白質水解物的抗氧化活性及抑菌作用，可開發出天然抗氧化劑和防腐劑，應用于食品行業中能起到防腐保鮮的作用；水解產物中含有的降血壓多肽類、抗菌活性肽、免疫調節肽等可以應用于醫藥衛生中，制成降血壓藥、抗生素的替代品等。

蛋白質酶水解物的功能特性和生物活性，在食品和醫藥行業將會有很廣闊的應用前景。我國對于蛋白質酶水解物的研究與開發相對于國外研究還存在較大的差距，在今后的研究中，蛋白質酶水解物仍將是一個值得關注、研究的問題，若能將其開發出更多的產品，并應用到日常生產和生活中，將會帶來更好的社會及經濟效益。

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