酵母來源生物活性肽研究進(jìn)展

董長勇，張 欣，譚海濤，于偉厚

（大連雙迪科技股份有限公司，遼寧大連 116635）

生物活性肽是生物源蛋白質(zhì)釋放的對機(jī)體生命活動有益或具有生理作用的多肽類化合物，一般由2 ～20個氨基酸殘基組成，這些蛋白質(zhì)片段除具有營養(yǎng)價值外，還兼具生理活性和藥理作用。因生物活性肽中的氨基酸組成、大小、序列和理化性質(zhì)的不同，生物活性肽具有抗高血壓、抗氧化、抗菌、礦物質(zhì)結(jié)合、類阿片、減脂、降膽固醇、抗血栓及免疫調(diào)節(jié)活性等多種功效[1]。

酵母菌屬于真核微生物，它不僅被用于食品發(fā)酵、生物合成及生物防治等，還可用于生產(chǎn)多種生物活性化合物，如生物活性肽、β-葡聚糖、谷胱甘肽、γ-氨基丁酸、有機(jī)硒和低聚糖等[2]。由于蛋白質(zhì)占比高（占干重的35%～60%），酵母日益成為生產(chǎn)生物活性肽的可持續(xù)來源[3]。生物活性肽的釋放方式有水解、發(fā)酵、消化等。近年來，工業(yè)副產(chǎn)品的再利用促使人們對酵母源肽的抗氧化、降壓、降血糖、抗?jié)兒涂箰盒约?xì)胞增殖等特性進(jìn)行研究。隨著附加值的提升，酵母源肽在食品、制藥和生物工程領(lǐng)域的重要性越來越顯著[4-5]。

1 酵母生物活性肽的制備

1.1 酶解自溶提取

酵母胞質(zhì)和膜中蛋白的釋放需要破壁，但該過程會影響回收值以及提取物的生物活性，這也是酵母制品在生產(chǎn)中面臨的難題[3]。細(xì)胞裂解方法中的酶解自溶法常用于酵母加工制品的生產(chǎn)，但其成本較高。自溶法利用終末周期細(xì)胞中內(nèi)源性蛋白酶和氨肽酶介導(dǎo)的自噬機(jī)制，在溫和條件下可確保細(xì)胞溶解，此時母體蛋白依次水解產(chǎn)生具有生物活性的較小片段（73%～75%），一般由二肽、三肽、四肽（＜600 Da）、寡肽（2 ～3 kDa）和較大的寡肽（＞3 kDa）組成[4]。

內(nèi)源蛋白酶的水解活性受自溶條件的影響，產(chǎn)物肽的釋放程度及生物活性會因提取方法的不同而產(chǎn)生差異[6]。肽的生物活性水平主要取決于氨基酸序列，水解程度和條件也會通過影響分子量和分布情況來間接影響其生物活性。因此需要嚴(yán)格控制酶種類、酶底比（E/S）及反應(yīng)時間、pH 值、溫度、底物濃度、酶活性等條件才能達(dá)到最佳水解效果。

1.2 酵母發(fā)酵生產(chǎn)

酵母在發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)中起重要作用，能賦予產(chǎn)品獨(dú)特的營養(yǎng)、質(zhì)地和風(fēng)味。乳制品也是生物活性肽的高質(zhì)量來源，一些從發(fā)酵乳制品中分離的酵母菌株可表達(dá)羧肽酶和氨基肽酶，進(jìn)而產(chǎn)生多種生物活性肽[7]。例如，哥倫比亞傳統(tǒng)發(fā)酵乳制品Kumis中分離的馬克斯克魯維酵母菌株KL26A 具有高水平蛋白水解活性，可產(chǎn)生ACE-I 肽[8]。與乳酸桿菌單一發(fā)酵相比，κ-酪蛋白和α-S1-酪蛋白在乳酸桿菌、鏈球菌和克魯維酵母（15 ∶15 ∶1）的混合發(fā)酵系統(tǒng)中降解程度更高，低分子量肽（＜1 kDa）含量顯著增加[7]。可生產(chǎn)生物活性肽是酵母發(fā)酵過程的重要特性，因此新型生物活性肽生產(chǎn)的最佳發(fā)酵條件同樣值得研究。與酶解法相比，發(fā)酵法的生產(chǎn)成本相對較低，但其低產(chǎn)量和低特異性阻礙了生物活性肽發(fā)酵工業(yè)的開發(fā)[9]。

1.3 酵母生長過程中釋放

抗菌能力是衡量菌株益生菌潛力的重要指標(biāo)[10]。發(fā)酵過程中，為保持其在復(fù)雜微生物群落中的活力和優(yōu)勢，酵母會產(chǎn)生多種具有抗菌活性的化合物[11]。其中抗菌肽是一種包含5 ～100個氨基酸的寡肽，對細(xì)菌、霉菌及部分病毒具有抗性。與傳統(tǒng)抗生素不同，抗菌肽不易觸發(fā)細(xì)菌的耐藥性且具有較低的細(xì)胞毒性，因此有望成為抗生素替代品[12]。例如，THYAB 等[13]鑒定了一種由釀酒酵母ATCC 36858 產(chǎn)生的分子量為9.77 kDa 的耐熱抗菌肽，該肽在pH 值4 ～7 時對枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、產(chǎn)氣克雷伯氏菌和金黃色葡萄球菌等具有活性。

酵母細(xì)胞釋放肽的抗菌活性發(fā)揮機(jī)制為陽離子肽可與陰離子膜化合物相互作用來殺滅微生物，而陰離子肽則通過跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)使細(xì)胞膜透化并抑制DNA、RNA 合成，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡[14]。抗菌肽釋放型酵母能夠抑制腐敗微生物的生長且成本較低，若選擇性地利用可減少食品行業(yè)對化學(xué)防腐劑的需求。

2 酵母源肽的生物活性

2.1 抗氧化活性

高濃度的活性氧是人體衰老和一些疾病的誘因，天然抗氧化劑可使細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷，近年來被廣泛研究[15]。JUNG 等[16]利用肽酶制劑Flavourzyme?水解酵母細(xì)胞并進(jìn)行超濾，首次觀察到酵母源肽的體外抗氧化能力。還有研究學(xué)者分別從釀酒酵母和馬克斯克魯維酵母中純化得到了具有ABTS+·清除活性的肽序列[5]。除體外活性外，酵母源肽的細(xì)胞水平抗氧化活性也是當(dāng)前和今后研究的主題。研究表明，胰蛋白酶水解獲得的釀酒酵母抽提物中，分子量＜3 kDa 和3 ～5 kDa 的超濾肽組分有助于抑制Caco-2 細(xì)胞中H2O2介導(dǎo)的脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化[17]。此外，酵母源肽還可以通過激活抗氧化酶，在降低蛋白質(zhì)和脂質(zhì)氧化方面發(fā)揮作用[18]。

2.2 抗高血壓活性

來源于酵母蛋白的ACE-I 肽是化學(xué)降血壓藥物的天然替代品[19]。酵母中產(chǎn)生的ACE-I 肽類型由所用蛋白酶決定，溶壁酶及胃蛋白酶、胰蛋白酶、堿性蛋白酶等均已用于生產(chǎn)[5,20]。VIEIRA 等[21]研究發(fā)現(xiàn)，釀酒酵母自溶物中的生物活性肽（＜5 kDa 部分）可被胃腸道吸收，并具有抗氧化和抗高血壓的潛力。自發(fā)性高血壓大鼠口服含有疏水性氨基酸的三肽和四肽（＜3 kDa）水解物后，收縮壓、舒張壓和平均血壓顯著降低[3]。此外，使用由枯草芽孢桿菌粗酶獲得的1 200 mg·kg-1酵母水解液處理大鼠4 h 后，收縮壓從185.2 mmHg 下降到156.8 mmHg，給藥15 d 后收縮壓下降至20.5 mm Hg[20]。研究表明，酵母蛋白水解釋放的ACE-I 肽能夠以活性代謝產(chǎn)物形式發(fā)揮作用，可作為功能性藥物或營養(yǎng)制劑的組成成分。

2.3 其他生物活性

除上述活性外，有報道還指出了酵母源肽在抗炎、抗糖尿病、抗?jié)兒涂鼓[瘤等方面的特性。WILLIAMS 等[22]研究表明，啤酒酵母和面包酵母連續(xù)酶解后獲得的富含糖肽的抽提物可通過谷氨酰胺酶、corolase PN-L、堿性蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶和胰蛋白酶抑制人體全血中IFN-γ 的產(chǎn)生，具有抗炎特性。JUNG 等[16]研究了通過風(fēng)味蛋白酶（50 ℃，E/S：1/100）獲得的釀酒酵母源肽的降血糖潛力，該水解物中環(huán)二肽His-Pro（CHP）含量高，在注射后的120 min 內(nèi)，I 型和II 型糖尿病小鼠模型的血糖水平均顯著降低。AMORIM 等[23]研究了釀酒酵母源肽對胃潰瘍性病變的潛在保護(hù)作用，結(jié)果顯示，＜3 kDa 的肽組分能夠顯著減少Wistar 潰瘍大鼠模型的胃損傷。此外，該提取物在2.5 μg·mL-1濃度下抑制了＞50%的K-562 白血病細(xì)胞系的增殖，表明其在白血病防治方面具有潛在效果。

3 酵母源肽在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用

食品發(fā)酵用酵母通常具有多種不同類型的蛋白酶和肽酶，其能夠?qū)⑹澄镏械牡鞍踪|(zhì)水解為富含生物活性肽的提取物或游離氨基酸[8]。《酵母產(chǎn)品質(zhì)量要求》（GB/T 20886—2021）規(guī)定，蛋白水解酵母菌株可生產(chǎn)具有特定健康益處的食源性生物活性肽，可用于功能性食品和保健食品。這些肽還能提高產(chǎn)品的保水性、起泡性、乳化性和溶解性。《特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品通則》（GB 29922—2013）規(guī)定，特醫(yī)食品中非全營養(yǎng)配方食品的蛋白質(zhì)（氨基酸）營養(yǎng)素組分來源可選擇蛋白質(zhì)水解物和肽類。

酵母中蛋白質(zhì)和多肽的質(zhì)量較高，是素食及動物蛋白敏感人群的理想選擇。酵母蛋白質(zhì)在細(xì)胞破碎加工過程中的酶解率高達(dá)94%，是一種優(yōu)質(zhì)的營養(yǎng)和功能補(bǔ)充物，具備食品應(yīng)用性[24]。糊狀酵母抽提物包含所有必需氨基酸及B 族維生素，可用于素食、谷類食品、蔬菜汁等需要富含這些營養(yǎng)的食品中[25]。目前，酵母肽已被應(yīng)用于低GI 體重控制代餐粉的研發(fā)，可通過緩釋葡萄糖來抑制人體血糖的上升速度[26]。此外，酵母抗菌肽可應(yīng)用于易腐食品基質(zhì)的保存。

4 結(jié)語

酵母富含優(yōu)質(zhì)蛋白，是有前途的經(jīng)濟(jì)型生物活性肽來源。傳統(tǒng)生物活性肽制備方法主要包括酶解自溶和發(fā)酵，標(biāo)準(zhǔn)化是其發(fā)展趨勢。從乳制品中獲得酵母發(fā)酵產(chǎn)物肽更利于人體消化吸收。目前，生產(chǎn)肽含量高，RNA、多糖和纖維素含量低的酵母生物活性肽產(chǎn)品仍是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，快速高效的提取方法成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。隨著工藝的完善，微波、超聲輔助萃取等預(yù)處理技術(shù)及膜分離等回收技術(shù)與傳統(tǒng)方法結(jié)合，可進(jìn)一步提高低分子肽的產(chǎn)率[27]。未來，亞臨界水水解等綠色安全可持續(xù)的新型加工方法也有望在酵母生物活性肽制備中得到應(yīng)用[28]。

目前，將酵母源肽的功效潛力轉(zhuǎn)化為商業(yè)應(yīng)用的過程中，在生產(chǎn)效率、感官特性及體內(nèi)有效性等方面仍然存在一定的挑戰(zhàn)，今后的研究應(yīng)集中于生物功能、生理特性和潛在機(jī)制的探索。同時，生產(chǎn)和純化方法對其穩(wěn)定性、安全性的影響同樣亟待研究[29]。此外，借助生物信息學(xué)和組學(xué)工具、動物模型和人體臨床研究預(yù)測設(shè)計(jì)具有特定功能的新肽序列，將加速酵母生物活性肽從實(shí)驗(yàn)室走向市場。