小麥水解蛋白的特性、功能及在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

柏冬星，楊加梅，徐 穩(wěn)*

（1.光明農(nóng)牧科技有限公司，上海 200030；2.江蘇梅林畜牧有限公司，江蘇 鹽城 224151）

1 小麥水解蛋白

小麥水解蛋白是以小麥蛋白為原料，采用化學(xué)水解、微生物發(fā)酵、蛋白酶解等方法進(jìn)行水解獲得的小分子多肽物質(zhì)，具有水溶性好，分散穩(wěn)定，易吸收，生物活性強等特點。其原料小麥面筋蛋白（谷朊粉），是小麥淀粉生產(chǎn)的副產(chǎn)物，蛋白質(zhì)含量達(dá)72%～85%，主要由醇溶蛋白和麥谷蛋白組成。醇溶蛋白分子量較小，呈球狀，具有較好延伸性；麥谷蛋白分子量較大，呈纖維狀，具有較強彈性。由于其氨基酸組成含有較多疏水性氨基酸，分子結(jié)構(gòu)中疏水作用區(qū)域較大，溶解度低，這一特性使其應(yīng)用范圍受到限制。因此，水解小麥蛋白可提高其水溶性，還可獲得部分生物活性肽，使其在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

2 小麥水解蛋白營養(yǎng)組成

小麥水解蛋白營養(yǎng)組成特點與其原料組成直接相關(guān)，粗蛋白質(zhì)含量75%～85%、谷氨酸（Glu）和谷氨酰胺（Gln）＞30%，灰分含量1%～2%。市場常見小麥水解蛋白產(chǎn)品的營養(yǎng)組分見表1。

小麥水解蛋白的加工制備工藝不同，蛋白降解的程度差異較大，其肽含量和分子量分布間也不同，部分文獻(xiàn)報告和市場產(chǎn)品中小麥水解蛋白的肽含量和分子量分布情況見表2[1]。

表1 市場常見小麥水解蛋白產(chǎn)品的營養(yǎng)組成成分

3 小麥水解蛋白特性

3.1 水溶性好

大量研究表明，通過酶解小麥蛋白，可以改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、疏水氨基酸分布和數(shù)量等改變其溶解性能，提高水中分散性和溶解性。蛋白質(zhì)的溶解度與氨基酸殘基的平均疏水性和電荷頻率有關(guān)，平均疏水性越小和電荷頻率越大，蛋白質(zhì)的溶解度越大[2]。酶解谷朊粉，將大分子量麥谷蛋白、麥膠蛋白水解成小分子多肽；酶的剪切作用也改變了蛋白質(zhì)表面的電荷分布，使得很多可電離的氨基和羰基暴露出來，更多親水性基團暴露出來，提高了溶解度。張銳昌等研究發(fā)現(xiàn)，酶解小麥蛋白使得疏水性氨基含量降低了5.3%，溶解性得到改善；堿性氨基酸和酸性氨基酸的增加，使得小麥多肽具有更多電荷，水相體系更加穩(wěn)定[1]。王章存等研究表明，在谷朊粉濃度0.30 g·mL-1、酶解溫度50 ℃、酶對底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.75%、反應(yīng)時間20 min 條件下所得酶解物具有較好功能特性，酶解后谷朊粉在水中分散性、乳化能力和起泡特性提高[3]。唐小君等研究表明，小麥面筋蛋白在超聲波功率210 W，加酶量質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.6%，pH 9.0，溫度65 ℃，水解1 h 得到小麥面筋蛋白的水解度和溶解度提高，溶解度達(dá)12.16 mg·mL-1[4]。

表2 部分文獻(xiàn)報告和市場產(chǎn)品中小麥水解蛋白的肽含量和分子量分布情況

3.2 消化利用率高

通過酶解小麥蛋白，使大分子蛋白降解成多肽形式，一方面提高蛋白質(zhì)溶解度，另一方面提高可消化性。谷中華等以谷朊粉為原料，利用中性蛋白酶酶解谷朊粉生產(chǎn)分子量分布合適的多肽飼料。當(dāng)酶解4 h、酶解溫度45～50 ℃、谷朊粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%和酶添加量9 000 U·g-1時，蛋白質(zhì)水解度15.8%、蛋白質(zhì)溶解率72.02%、多肽質(zhì)量濃度14.45 mg·mL-1，多肽分質(zhì)量分布在180～3 000 U，占57.6%，蛋白質(zhì)體外消化率達(dá)到86.31%[5]。

3.3 螯合礦物質(zhì)

小麥水解蛋白主要成分小麥肽可以螯合礦物質(zhì)元素，促進(jìn)動物對礦物質(zhì)吸收和利用。高紅梅等研究谷朊粉水解物與鋅離子制備多肽-鋅鰲合物的工藝條件，確定獲得螯合物的最佳工藝條件為pH 6、肽鋅質(zhì)量比2：1、反應(yīng)溫度70 ℃、多肽反應(yīng)液濃度0.03 g·mL-1、反應(yīng)時間50 min時，此條件下小麥肽對鋅的螯合率和螯合物得率分別是84.25%、82.07%[6]。張強等試驗發(fā)現(xiàn)，在pH 9.0，時間4 h，溫度50 ℃條件下制備的谷朊粉肽具有很強螯合能力，對Fe2+螯合能力測定，谷朊粉抗氧化肽對Fe2+有良好的螯合能力，且量效關(guān)系明顯[7]。

4 小麥水解蛋白功能

4.1 抗氧化

小麥水解蛋白產(chǎn)物中特定分子量小麥低聚肽具有抗氧化活性，大量體外直接清除自由基、體外細(xì)胞氧化損傷修復(fù)以及動物體內(nèi)抗氧化等相關(guān)研究己經(jīng)證實此功能。

通過體外抗氧化清除羥基自由基、DPPH 自由基、氧自由基、超氧陰離子等方法研究證明，小麥低聚肽具有顯著的抗氧化活性。張強等試驗結(jié)果表明，在pH 9.0，時間4 h，溫度50 ℃條件下制備的谷朊粉抗氧化肽對羥基自由基和DPPH 自由基具有很強的清除能力，且量效關(guān)系明顯。劉樹興等試驗得出，木瓜蛋白酶酶解小麥面筋蛋白在溫度40 ℃，加酶量125 U·g-1，酶解時間4 h，底物量5 g條件下谷朊粉酶解液的DPPH 自由基清除率達(dá)96.59%，多肽含量35.51 mg·mL-1[7]。林琳等對小麥面筋蛋白酶解多肽組分原混合液、WG-10（＞10 000 U）、WG-5（10 000～5 000 U）、WG-3（3 000～5 000 U）、WG-0（＜3 000 U）進(jìn)行系統(tǒng)的體外抗氧化評價發(fā)現(xiàn)，小麥蛋白酶解多肽WG-0（＜3 000 U）抗氧化活性最好，除了對超氧陰離子的清除略低，其他抗氧化活性均為最高[8]。魏穎等選取小麥低聚肽11個2～4肽的肽段和谷氨酰胺氨基酸，使用熒光酶標(biāo)儀分析小麥肽段的抗氧化能力，小麥低聚肽具有清除脂質(zhì)過氧化自由基的能力[9]。曾瑜等研究表明，小麥低聚肽具有較強體外還原能力（R=0.97），DPPH自由基和羥自由基清除能力（R·DPPH=0.90，R·OH=0.91）[10]。程云輝等研究發(fā)現(xiàn)，小麥胚芽蛋白酶解產(chǎn)物93.95%，小麥水解蛋白1.20 g·L-1對游離酸過氧化體系抑制率78.75%，1.6 g·L-1時對·DPPH 清除率81.11%，0.60 g·L-1時對超氧陰離子清除率75.40%，0.50 g·L-1對Fe2+螯合率63.35%[11]。

可通過體外細(xì)胞培養(yǎng)，用MTT 法測定氧化應(yīng)激損傷細(xì)胞增殖狀況以及測定氧化損傷細(xì)胞LDH、SOD、MDA，研究小麥水解蛋白產(chǎn)物對氧化損傷細(xì)胞的修復(fù)作用。張亞卓等研究小麥低聚肽對氧化應(yīng)激損傷的體外腸上皮細(xì)胞的保護作用，試驗分為5組，對照1（空白組）、對照2（氧化應(yīng)激組），處理1、處理2、處理3（分別添加小麥低聚肽1、5、10 mg·mL-1），結(jié)果顯示，小麥低聚肽1 mg·mL-1對損傷腸上皮細(xì)胞顯著保護作用，細(xì)胞毒性降低、增殖率提高，細(xì)胞內(nèi)SOD、MDA 含量與氧化應(yīng)激組相比均有顯著差異；小麥低聚肽對細(xì)胞的保護作用隨著培養(yǎng)時間的延長而增強，24、48 h 培養(yǎng)組與12 h培養(yǎng)組相比有顯著性差異，小麥低聚肽對氧化應(yīng)激損傷的體外腸上皮細(xì)胞有一定的保護作用，且一定范圍內(nèi)與濃度時間正相關(guān)[12]。

以小鼠為動物模型的體內(nèi)抗氧化研究表明，通過灌服一定劑量小麥低聚肽后測定小鼠血清或組織抗氧化物質(zhì)以及氧化產(chǎn)物SOD、CAT、GSH-Px、TAOC活性及MDA 含量，證實了小麥低聚肽具有抗氧化功能，提高動物機體清除自由基能力。曾瑜等將SD 小鼠48只按血清MDA 水平隨機分為4組，陰性對照及低、中、高劑量組（小麥低聚肽0、500、1 000、2 000 mg·kg-1BW），灌胃30 d，處死后測定血清MDA含量、SOD、GSH-Px及T-AOC活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)1 000 mg·kg-1能夠增強小鼠血清SOD 和GSH-Px 活性，提高血清T-AOC 水平[10]。殷微微等研究小麥胚芽蛋白酶解物體內(nèi)抗氧化作用，分別給小鼠生理鹽水、小麥胚芽蛋白酶解物0.1、0.2、0.4 g·kg·d-1經(jīng)口灌胃30 d，處死進(jìn)行眼眶采血，取肝、腦組織并測定SOD、GSH-Px、CAT 活性及MDA含量，結(jié)果顯示，小麥胚芽蛋白酶解物使小鼠血清、肝腦組織SOD、GSH-Px、CAT抗氧化酶活性高于對照組；MDA含量低于正常對照組，小麥胚芽蛋白酶解物具有顯著體內(nèi)抗氧化活性[13]。代卉等研究了堿性蛋白酶水解小麥蛋白產(chǎn)物中組分對小鼠抗氧化功能的調(diào)節(jié)作用。結(jié)果表明，小麥活性肽提高小鼠血清清除DPPH 和清除羥自由基的能力，增強小鼠肝臟SOD、CAT、T-AOC 活性，降低MDA 含量[14]。

4.2 抑菌活性

小麥水解蛋白特定分子量肽段具有抑菌特性。周世成等從小麥面筋蛋白酶解產(chǎn)物分離抗菌肽，并研究其體外抑菌作用，結(jié)果表明，相對分子質(zhì)量＜5 ku 酶解物抑菌活性較好，經(jīng)過凝膠層析得到4 種組分，抑菌試驗表明，相對分子質(zhì)量2 036 Da組分抑菌效果最好，大腸桿菌抑菌率20.6%，金黃色葡萄球菌抑菌率20.1%[15]。

4.3 免疫調(diào)節(jié)

小麥水解蛋白中免疫活性組分具有免疫調(diào)節(jié)功能。代卉等研究堿性蛋白酶水解小麥蛋白產(chǎn)物中免疫活性組分對小鼠免疫功能調(diào)節(jié)作用，結(jié)果表明，小麥活性肽可提高小鼠抗體生成細(xì)胞含量、血清溶血素水平、脾細(xì)胞增殖能力以及腹腔巨噬細(xì)胞的吞噬能力[14]。王衛(wèi)國等研究谷朊粉酶解物對小鼠生長性能和免疫臟器的影響，結(jié)果表明，谷朊粉酶解物對小鼠有明顯促生長作用，提高營養(yǎng)物質(zhì)消化率，同時顯著提高正常小鼠的免疫臟器指數(shù)、腹腔巨噬細(xì)胞的吞噬能力，飼糧添加谷朊粉酶解物750 mg·kg-1效果最佳[16]。

4.4 促進(jìn)腸道發(fā)育

小麥水解蛋白能提高動物對蛋白質(zhì)的吸收與利用，促進(jìn)胃腸道上皮細(xì)胞生長，小腸黏膜消化、吸收酶活力。潘興昌等研究灌胃小麥肽對于大鼠氮代謝、胃腸形態(tài)和小腸黏膜酶活的影響，選擇SD 大鼠50 只，分為空白對照及低、中、高劑量小麥肽組（20、100、500 mg·kg-1·d-1）和小麥蛋白組20 mg·kg-1·d-1，每天灌胃1 次，連續(xù)灌胃30 d，分別在第10、20、30 天用代謝籠采集大鼠24 h 糞、尿樣品，灌胃30 d 后斷頸處死大鼠，取血清、胃和小腸黏膜，觀察氮代謝指標(biāo)、血清生化指標(biāo)、胃腸內(nèi)表面掃描電鏡、小腸黏膜酶活，發(fā)現(xiàn)低劑量小麥肽能顯著提高大鼠蛋白質(zhì)消化率、氮沉積、凈蛋白質(zhì)利用率；高劑量小麥肽和小麥蛋白對大鼠凈蛋白質(zhì)利用率和蛋白質(zhì)生物學(xué)價值均無影響，推測小麥肽作為一種信號分子參與調(diào)控機體利用食物中蛋白質(zhì)，體現(xiàn)小麥肽非營養(yǎng)學(xué)功能，低、中劑量小麥肽大鼠胃腸道上皮細(xì)胞較對照組飽滿、連接緊密，排列整齊有序；各劑量小麥肽均顯著上調(diào)大鼠小腸黏膜氨基肽酶活和Na+-K+-ATP酶活，表明小麥肽能提高大鼠對于蛋白質(zhì)的吸收與利用；其途徑可能是：促進(jìn)胃腸道上皮細(xì)胞生長；上調(diào)小腸黏膜氨基肽酶、Na+-K+-ATP酶活[17]。Martens等通過腸上皮細(xì)胞體外培養(yǎng)，證實小麥水解蛋白能增加細(xì)胞培養(yǎng)密度，其原因是多肽提供細(xì)胞生長氮源，減少氮代謝的廢物[18]。

4.5 促進(jìn)腸道損傷修復(fù)

小麥水解蛋白富含谷氨酰胺和活性肽能促進(jìn)動物腸道損傷修復(fù)，改善腸黏膜上皮完整性，減少炎性細(xì)胞浸潤，降低炎癥基因表達(dá)。謝正飛等利用甲氨蝶呤MTX 誘導(dǎo)模型鼠小腸炎癥，對照組每天蒸餾水灌胃，試驗組組每天以30%小麥水解蛋白乳液灌胃（10 mL·kg-1BW），前2 d 每天腹腔注射MTX 溶液0.2 mL。12 d 后解剖取樣，染色觀察小腸組織結(jié)構(gòu)變化，用熒光定量測定小腸組織細(xì)胞炎癥因子，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，試驗組腸道結(jié)構(gòu)部分修復(fù)，TNF-α、IL-10表達(dá)降低[19]。

5 小麥水解蛋白應(yīng)用

5.1 小麥水解蛋白在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

小麥水解蛋白主要在仔豬斷奶后4 周內(nèi)使用，主要提供可消化吸收的氮源以及功能性成分谷胺酰胺，應(yīng)用量為1.5%～3%，生產(chǎn)中替代血漿蛋白粉會降低乳仔豬生產(chǎn)性能、增加腹瀉幾率。在仔豬斷奶后1周使用效果不明顯。小麥水解蛋白主要通過促進(jìn)仔豬腸道發(fā)育，增強腸黏膜屏障功能，促進(jìn)淋巴細(xì)胞分化增殖等途徑提高乳仔豬生產(chǎn)性能和抵病力，發(fā)揮作用主要成分是谷胺酰胺（Gln）為主。Gln水溶性差，吸收率低，限制了廣泛應(yīng)用，而通過小麥水解蛋白產(chǎn)生的丙胺酰-谷氨酰胺二肽（Ala-Gln）、甘胺酰-谷氨酰胺二肽（Gly-Gln）可作為Gln供體。谷氨酰胺二肽保護腸道作用機制可能為：為腸道上皮細(xì)胞增殖提供能源；作為前體合成蛋白質(zhì)、核酸、多胺等，促進(jìn)腸上皮細(xì)胞的增殖分化和修復(fù)；代謝產(chǎn)生Arg合成NO在調(diào)控小腸血流、腸道的分泌及完整性發(fā)揮作用；增加腸道細(xì)胞GSH、SOD等抗氧化物的含量，減少腸細(xì)胞受氧自由基損傷，提高抗氧化能力；促進(jìn)淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞的增殖分化，抑制細(xì)胞因子和炎癥反應(yīng)的發(fā)生，維持腸道結(jié)構(gòu)完整性。小麥水解蛋白在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用見表3。

5.2 小麥水解蛋白在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

小麥水解蛋白主要在肉雞使用，應(yīng)用量1%～2%，生產(chǎn)表現(xiàn)提高生產(chǎn)性能和成活率；蛋雞應(yīng)用尚未見報道。作用機理研究小麥水解蛋白對肉雞免疫功能影響，包括早期促進(jìn)免疫器官發(fā)育，全期提高免疫反應(yīng)水平。僅有1篇報告研究關(guān)于Gly-Gln 可降低肝臟甘油三酯合成，促進(jìn)脂代謝，減少脂肪沉積水平。綜述小麥水解蛋白在家禽上的應(yīng)用見表4。

5.3 小麥水解蛋白在水產(chǎn)動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

小麥水解蛋白在水產(chǎn)應(yīng)用報道較少，1 篇關(guān)于蝦應(yīng)用，適用量不確定，生產(chǎn)提高增重和成活，深入研究發(fā)現(xiàn)對免疫相關(guān)酶PO、LZM、SOD 均有不同程度改善。對其功能成分Ala-Gln 二肽報告，對仔魚腸道發(fā)育、抗氧化以及消化吸收酶不同程度提高。小麥蛋白作為高蛋白、低抗?fàn)I養(yǎng)因子的植物蛋白源，同時具有高粘彈性的理化性質(zhì)，在水產(chǎn)飼料中廣泛使用，其在水產(chǎn)動物體內(nèi)具有高消化率，報告顯示，大西洋鮭對小麥蛋白體內(nèi)蛋白表觀消化率體99.9%、94.8%。以上特性可能決定小麥蛋白無需酶解可直接在水產(chǎn)應(yīng)用[31-33]。綜述小麥水解蛋白在水產(chǎn)動物上的應(yīng)用見表5。

表3 小麥水解蛋白在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

表4 小麥水解蛋白在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

表5 小麥水解蛋白在水產(chǎn)動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

表6 小麥水解蛋白在反芻動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

5.4 小麥水解蛋白在反芻動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

小麥水解蛋白在反芻上應(yīng)用報告甚少，有1篇幼齡犢牛代乳料研究，發(fā)現(xiàn)小麥水解蛋白可部分、階段性替代乳源蛋白，不影響生產(chǎn)性能，降低養(yǎng)殖成本，主要內(nèi)容見表6[36]。

6 小 結(jié)

綜上所述，小麥水解蛋白具有較好的抗氧化作用；對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有一定的抑制效果；通過調(diào)節(jié)動物免疫功能，修復(fù)腸道損傷，促進(jìn)腸道發(fā)育，從而提高動物生產(chǎn)性能，在豬、禽類、水產(chǎn)及反芻動物生產(chǎn)中已經(jīng)得到一定的應(yīng)用。小麥水解蛋白是一種健康安全的飼料原料，市場應(yīng)用潛力巨大。