魏涵偉，王成忠*，任振峰

(1.齊魯工業(yè)大學(xué)，濟(jì)南 250353；2.山東神州翔宇科技集團(tuán)有限公司， 山東 棗莊 277400)

玉米是我國重要的糧食作物，也是世界上產(chǎn)量最高的作物，據(jù)2011年農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，我國玉米產(chǎn)量約達(dá)到2億噸，約占世界產(chǎn)量的25%。玉米內(nèi)含有豐富的蛋白質(zhì)、油脂、維生素、膳食纖維、核黃素、谷胱甘肽以及多種微量元素，這些成分對(duì)降低膽固醇、預(yù)防心腦血管疾病等有積極的作用[1]。胚芽是玉米生長發(fā)育的“靈魂所在”，它只占玉米籽粒質(zhì)量的11%，其中的蛋白質(zhì)含量達(dá)到22%左右[2]。玉米胚芽蛋白的特殊組成使其具備高營養(yǎng)價(jià)值的開發(fā)潛力。通過酶解玉米胚芽蛋白制備玉米胚芽多肽是開發(fā)玉米深加工產(chǎn)品的一個(gè)重要手段。

1 玉米胚芽的簡介

玉米胚芽，是食品工業(yè)原料的主要來源。其中玉米胚芽蛋白主要是白蛋白和球蛋白，占總蛋白的60%以上，其特有的可溶性清蛋白和球蛋白易被人體吸收。王霞等[3]用氨基酸全自動(dòng)分析儀測得，玉米胚芽蛋白中涵蓋了7種人體所必需的氨基酸，與大豆蛋白組成成分相似，符合人類的膳食營養(yǎng)需求，其組成見表1。 玉米胚芽中還含有功能性因子γ-氨基丁酸、谷胱甘肽、植物甾醇、維生素E等。其中，膳食纖維在玉米胚芽中占9%。

表1 玉米胚芽蛋白的必需氨基酸組成Table 1 Essential amino acids'composition of corn germ protein

續(xù) 表

注：表中FAO/WHO是指FAO/WHO推薦的人類蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

每年，玉米淀粉生產(chǎn)后都有大量的玉米胚芽產(chǎn)出，我國最主要的玉米胚芽利用是簡單加工制成飼料，對(duì)玉米胚芽中優(yōu)質(zhì)的油脂及蛋白質(zhì)資源造成了浪費(fèi)。

對(duì)玉米胚芽的綜合利用可以有效減少浪費(fèi)。我國對(duì)玉米胚芽綜合利用的一個(gè)非常成功的產(chǎn)品就是玉米胚芽油。

除了玉米胚芽油外，還有利用玉米胚芽蛋白制成的玉米胚芽蛋白飲料；提取具有一定生物活性的玉米胚芽多肽，作為食品添加劑或者制成保健食品；從玉米胚芽粕中提取膳食纖維，從玉米胚芽餅中提取天然食品添加劑植酸鈉，從玉米胚芽中提取超氧化物歧化酶、γ-氨基丁酸等。

2 玉米胚芽多肽的簡介

在生物體內(nèi)，肽參與重要的生理生化反應(yīng)。目前研究發(fā)現(xiàn)，來自于普通食物如牛奶、玉米、大豆、魚的肽具有多種生理活性，可用于改善人們的健康狀況以及疾病的預(yù)防和治療[4]，其具體表現(xiàn)見表2。

表2 肽的作用與功效Table 2 Functions and effects of peptides

研究表明，采用酶法提取玉米胚芽多肽，通過蛋白酶對(duì)玉米蛋白進(jìn)行降解和修飾，使其變成可溶的小分子肽類。酶法提取的條件溫和，提取率較高，能將部分蛋白質(zhì)分解成多種氨基酸和許多小肽段，口感較好，可以為消化系統(tǒng)功能不健全的特定人群(如老年人、嬰兒等)提供膳食蛋白。

玉米胚芽多肽具有良好的可溶性，同時(shí)具備多種生物活性，如抗氧化、降血壓、增強(qiáng)免疫力、抗疲勞、促進(jìn)乙醇代謝保護(hù)肝臟等，可以為食品醫(yī)藥領(lǐng)域的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

3 玉米胚芽多肽的生理活性

3.1 抗氧化活性

代衍峰等[5]測定玉米肽的抗氧化活性，采用·DPPH自由基清除率法，結(jié)果表明：極性不同的抗氧化肽與其抗氧化能力呈負(fù)相關(guān)性。李鴻梅等對(duì)照α-生育酚，對(duì)比了玉米肽對(duì)·DPPH自由基、超氧陰離子自由基、陰離子自由基以及亞油酸的氧化抑制作用，驗(yàn)證了玉米胚芽肽的抗氧化活性。

3.2 降血糖作用

胡宇航等[6]發(fā)現(xiàn)了玉米胚芽多肽的降血糖活性，進(jìn)行了體外實(shí)驗(yàn)研究，有待動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步的驗(yàn)證。馬偉[7]分離出的玉米低聚降糖肽中甘氨酸、異亮氨酸、亮氨酸含量較高，因?yàn)檎{(diào)節(jié)機(jī)體血糖的主要氨基酸是這3種氨基酸，從側(cè)面證明了玉米低聚降糖肽的血糖調(diào)節(jié)作用。

3.3 抗疲勞作用

朱宏亮[8]驗(yàn)證不同分子質(zhì)量的玉米肽的抗疲勞作用，通過測試小鼠力竭游泳時(shí)間，并綜合考慮其他因素，得出玉米肽YT-2具有較好的抗疲勞作用。

3.4 降血壓作用

Yamaguchi M等[9]測量制備的玉米肽的ACE抑制活性為0.29 mg/mL，將玉米肽喂養(yǎng)自發(fā)性高壓大鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)喂養(yǎng)100 mg玉米肽和2 mg卡托普利降壓效果相同(注：卡托普利是治療高血壓和心力衰竭的藥物)。

3.5 解酒護(hù)肝作用

朱宏亮根據(jù)醉酒小鼠醒酒時(shí)間，同時(shí)檢測不同時(shí)間點(diǎn)血漿中乙醇含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示玉米肽YT-3具有一定的解酒作用。Yamaguchi M等[10]將前期經(jīng)過酒精灌胃處理后的大鼠，以玉米肽灌胃，測得其血液中的乙醇和乙醛含量明顯下降。有進(jìn)一步研究表明，玉米肽通過提高血清中丙氨酸和亮氨酸的濃度，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的氧化性輔酶Ⅰ(NAD+)，進(jìn)而加速乙醇在肝臟中的代謝。馬偉通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了玉米低聚肽具有高醒酒活性，且證明了小鼠血醇含量與玉米低聚肽的攝入量之間具備量效關(guān)系。

4 玉米胚芽多肽的提取、分離、純化工藝

4.1 玉米胚芽多肽的提取

現(xiàn)有制備多肽的方法一般經(jīng)過直接提取、水解分離和化學(xué)合成這幾個(gè)主要步驟。在生物體內(nèi)存在的天然活性肽，首先利用各種分離提取技術(shù)直接提??；不能直接提取的，用化學(xué)和酶解的方法將玉米胚蛋白水解成小分子的肽段，再將不同長度的肽段利用分離純化手段分離；還有一些符合人類需求但是無法提取出來的多肽，根據(jù)氨基酸的特點(diǎn)和側(cè)鏈以及其中的修飾作用通過化學(xué)合成法，使多肽及其衍生物呈現(xiàn)出活動(dòng)化的延伸物質(zhì)，如氨基酸的甲酯來合成目的多肽[11]。

4.1.1 微生物發(fā)酵法

微生物發(fā)酵法是以能在胞外分泌大量蛋白酶的菌株作為發(fā)酵菌株，以玉米蛋白為底物，利用微生物發(fā)酵過程產(chǎn)生的蛋白酶來制備玉米活性肽，經(jīng)過篩選出產(chǎn)酶能力高的發(fā)酵菌株來增強(qiáng)玉米胚芽蛋白的水解，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

4.1.1.1 固態(tài)發(fā)酵法

固態(tài)發(fā)酵是指使用不溶性固體培養(yǎng)基來進(jìn)行微生物培養(yǎng)的工藝過程[12]。其優(yōu)點(diǎn)是微生物易生長，水分活度低，酶系豐富，酶活力高，操作時(shí)不要求完全無菌。白酒、腐乳、豆豉的生產(chǎn)等都屬于傳統(tǒng)的固態(tài)發(fā)酵。劉波等[13]使用固態(tài)發(fā)酵法制備玉米肽，對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化，提高了玉米肽的得率，并且研究水解條件對(duì)肽活性的影響，為玉米功能性食品和保健品的研制提供了理論依據(jù)。李軍軍等[14]使用米曲霉發(fā)酵玉米胚芽粕制備玉米胚芽肽，優(yōu)化發(fā)酵條件，使玉米胚芽肽的轉(zhuǎn)化率達(dá)到36%，最終分離出相對(duì)分子質(zhì)量分別為5128，1626 Da的2種組分。

4.1.1.2 液態(tài)發(fā)酵法

液態(tài)發(fā)酵法是指以液態(tài)基質(zhì)作為培養(yǎng)基的發(fā)酵方法，優(yōu)點(diǎn)是水分活度高、發(fā)酵周期短、生產(chǎn)優(yōu)勢高等。我國食醋發(fā)酵是典型的液態(tài)發(fā)酵?，F(xiàn)有資料中基本沒有使用液態(tài)發(fā)酵來制備玉米胚芽多肽，而我國現(xiàn)階段對(duì)玉米液態(tài)發(fā)酵的綜合利用一般都是以玉米為原料的白酒的生產(chǎn)。但是，有研究人員使用液態(tài)發(fā)酵來制備燕麥ACE抗氧化肽，蓋夢等采用枯草芽孢桿菌發(fā)酵裸燕麥，以多肽得率和ACE抑制率為指標(biāo)，優(yōu)化發(fā)酵條件，最終得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：ACE的抑制率提高了6%。也有資料顯示，采用液態(tài)發(fā)酵豆粕生產(chǎn)大豆多肽，最終得到的產(chǎn)物苦味難除。

4.1.2 酶水解法

酶水解法是目前研究最多的一種方法，也是有望工業(yè)化生產(chǎn)玉米胚芽多肽的一種方法。該法用一種或多種酶水解玉米胚蛋白來制備目標(biāo)產(chǎn)物，酶制劑的選擇是制備過程的關(guān)鍵，其中最常用的酶主要有微生物蛋白酶、植物蛋白酶和動(dòng)物蛋白酶。

Liu D Y等[15]在酶解玉米蛋白粉的實(shí)驗(yàn)中，優(yōu)化酸性蛋白酶的酶解條件，最終確定了最優(yōu)的工藝條件。李艷娟等[16]利用堿性蛋白酶和木瓜蛋白酶雙酶水解制備玉米胚芽蛋白多肽，反應(yīng)速率快，而且得到的產(chǎn)物顯示出較好的還原力。王燁輝等將中性蛋白酶和復(fù)合蛋白酶復(fù)配，作用于玉米胚芽蛋白，在底物濃度3%、中性酶濃度1‰、復(fù)合酶濃度2.5‰的條件下，以其最適溫度及pH值，水解3 h，得到酶解產(chǎn)物，經(jīng)超濾可得分子量集中于200～2000 Da的多肽分子。

4.2 玉米胚芽多肽的純化

由于玉米胚芽蛋白水解物中含有較多的成分，除了目標(biāo)肽段，還有一些水解不完全的長鏈多肽和游離氨基酸。為了得到目標(biāo)肽段，需要將得到的蛋白酶水解物進(jìn)行分離純化，因?yàn)樗馕锏牟淮_定性，單一的分離手段不能完全達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，可以采用多種分離手段來純化分離活性肽。

4.2.1 膜分離法

膜分離技術(shù)由于同時(shí)實(shí)現(xiàn)分離、濃縮、純化和精制，又是分子級(jí)過濾且過濾過程簡單、易于控制，已經(jīng)成為現(xiàn)代分離工藝的一個(gè)重要手段。膜分離法根據(jù)截留分子量的不同可分為微濾(MF)膜、超濾(UF)膜、納濾(NF)膜和反滲透(RO)膜等[17]。

4.2.1.1 超濾分離法

超濾是一種加壓膜分離技術(shù)，通過施加一定壓力，使小分子可以通過濾膜，而大分子留在另一側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)大、小分子的分離。利用超濾技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)玉米胚芽多肽的分離純化，也可以保證多肽的品質(zhì)、節(jié)約試劑，并且能夠達(dá)到工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)的需求[18]。

王文俠等[19]使用超濾技術(shù)對(duì)玉米浸泡液進(jìn)行分離純化，通過研究溶液pH、操作壓力、操作因素的影響，確定了最佳工藝條件，最終蛋白截留率為81.78%。隋玉杰[20]使用截留分子量為6000 Da的超濾膜將玉米蛋白水解物進(jìn)行膜分離，得到了MW≥6000的膜截留物以及MW<6000的膜透過物。

4.2.1.2 納濾分離法

納濾是膜孔徑為幾個(gè)納米、截留分子量在80～1000 Da，介于反滲透和超濾之間的壓力驅(qū)動(dòng)的膜分離過程[21]。

納濾多用于分離相對(duì)分子質(zhì)量較小的物質(zhì)，如無機(jī)鹽、葡萄糖或蔗糖等小分子物質(zhì)。陸啟明[22]使用納濾技術(shù)對(duì)玉米胚芽肽液進(jìn)行脫鹽，實(shí)驗(yàn)表明：納濾膜截留分子量越大，脫鹽效率越高，但是，低聚肽的回收率越低。所以綜合考慮，實(shí)驗(yàn)選用截留分子量1000 Da的納濾膜處理多肽透析液以保證90%以上的低聚肽回收率。

4.2.1.3 微濾分離法

微濾的過濾粒徑為0.025～10 μm，能截留0.1～1 μm之間的顆粒。微濾膜允許大分子有機(jī)物和無機(jī)鹽等通過，能阻擋懸浮物、部分細(xì)菌病毒及大尺度的膠體。王海修等[23]對(duì)玉米進(jìn)行深加工，在提取玉米醇溶蛋白時(shí)，通過微濾膜過濾玉米麩質(zhì)粉浸提液，得到的微濾液再進(jìn)行超濾，可以有效地減少懸浮物的存在；在玉米油的加工制作中，采用微濾技術(shù)進(jìn)行脫蠟和催化劑的回收。

在現(xiàn)代生產(chǎn)實(shí)踐中，有時(shí)單獨(dú)的一種膜分離并不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，所以實(shí)驗(yàn)研究人員也連續(xù)使用多種膜分離技術(shù)來滿足需求。王海修等改進(jìn)傳統(tǒng)玉米油加工技術(shù)，在傳統(tǒng)提油工藝中加入了膜分離技術(shù)，工藝路線如下：

原料處理→溶劑提取→超濾脫膠→反滲透或納濾回收溶劑→粗油→納濾脫酸→微濾脫蠟→微濾回收催化劑→脫臭→精煉→灌裝油。

通過加入超濾脫膠、納濾脫酸、反滲透或納濾回收溶劑、超濾、納濾或反滲透來處理廢水等步驟，可以有效提高效率，改善資源浪費(fèi)、環(huán)境污染的現(xiàn)狀。但是像這樣濾膜的大量使用，也將挑戰(zhàn)擺在眼前，減少膜污染、增大過濾通量、延長膜壽命都是必須要考慮的問題。

膜分離技術(shù)作為玉米產(chǎn)品深加工的新型技術(shù)，經(jīng)常與多種技術(shù)相結(jié)合作用，以弱化膜污染帶來的分離純化效率低等問題。隋玉杰等制備玉米醒酒肽，使用超濾膜過濾玉米肽液，得到的超濾液再進(jìn)行葡聚糖凝膠柱層析、色譜分離，冷凍干燥得到固形物，過離子交換柱得到脫鹽肽，再進(jìn)行RP-HPLC進(jìn)一步分離得到對(duì)·OH抑制能力高的玉米活性肽。

4.2.2 色譜分離法

色譜分離技術(shù)，利用混合溶劑中的各組分在固定相和流動(dòng)相體系中分配系數(shù)的不同，在兩相做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，借助一定推力，使各組分先后流出，根據(jù)滯留時(shí)間分離物質(zhì)的各組分。在蛋白質(zhì)的純化分離實(shí)驗(yàn)中，色譜分離技術(shù)是非常重要且常用的手段。

4.2.2.1 凝膠過濾色譜

凝膠過濾色譜是一種基于分子篩效益，以凝膠為固定相，根據(jù)溶質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量的差別進(jìn)行分離的技術(shù)手段。優(yōu)點(diǎn)是操作條件溫和，參數(shù)少，蛋白質(zhì)活性收率高，易于規(guī)模擴(kuò)大。

楊翠等[24]制備玉米谷蛋白抗氧化肽，將超濾分離制得的多肽液樣品凍干進(jìn)行凝膠過濾層析，樣品經(jīng)洗脫，將不同洗脫峰分別收集起來濃縮，經(jīng)檢測具有較高的DPPH自由基清除活性。胡二坤等研究了色譜分離條件對(duì)玉米蛋白酶解物分離純化的影響，確定在最優(yōu)的洗脫速度、樣品濃度和樣品體積時(shí)的分離效果最佳，此時(shí)產(chǎn)物中小分子的肽段所占比例最高。

4.2.2.2 高效液相色譜

高效液相色譜是近年來發(fā)展迅猛的一項(xiàng)分離技術(shù)，通過一個(gè)高壓輸液系統(tǒng)，將不同極性的各組分在色譜柱中進(jìn)行分離，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的分析。高效液相色譜可以用來分離熱穩(wěn)定差、具有生理活性的物質(zhì)，在核酸、肽類、表面活性劑、抗氧化劑等物質(zhì)的分析過程中應(yīng)用廣泛。但現(xiàn)在利用高效液相色譜對(duì)玉米胚芽多肽分離的應(yīng)用還不是特別的廣泛。

高艷華等[25]在制備高F值低聚肽的生產(chǎn)工藝中，用高效液相色譜測定多肽含量，結(jié)合氨基酸自動(dòng)分析儀測出低聚肽分子量集中在200～1500 Da，F(xiàn)值為21.4，低聚肽含量>70%。楊翠等對(duì)凝膠過濾層析液進(jìn)行反向高效液相色譜分離，將抗氧化肽分布范圍鎖定在3個(gè)組分的主要洗脫峰，為進(jìn)一步抗氧化機(jī)理的研究奠定了基礎(chǔ)。

4.2.2.3 離子交換色譜

離子交換色譜綜合了離子交換原理和液相色譜技術(shù)，能將溶液中能夠電離的物質(zhì)分離，包括無機(jī)離子混合物以及氨基酸、核酸、蛋白質(zhì)等有機(jī)生物大分子。

喇文軍等[26]以玉米蛋白為原料，通過離子交換色譜制備高活性、高純度的降血壓肽。在最佳的色譜條件下制得能抑制ACE活性90%的玉米降血壓肽。樊紅秀[27]用陰離子交換層析制備組氨酸-脯氨酸環(huán)二肽(CHP)，分離出富含CHP前體二肽的酶解物，得到4個(gè)洗脫組分，再進(jìn)行進(jìn)一步的凝膠色譜分析以及反向高效液相色譜分析，得到純度較高的CHP前體物質(zhì)。

4.2.2.4 大孔樹脂吸附

大孔吸附樹脂利用高分子吸附樹脂的大孔結(jié)構(gòu)，從溶液中有選擇地吸附有機(jī)物質(zhì)以達(dá)到分離純化目的。

Pihlanto A等[28]制備活性肽和活性蛋白，篩選出最優(yōu)的脫鹽純化條件。經(jīng)DA201-C型大孔樹脂脫鹽純化的免疫活性肽顯示出對(duì)小鼠脾淋巴細(xì)胞增殖能力的促進(jìn)作用，且有劑量依賴性。朱志紅等純化液態(tài)發(fā)酵的玉米大豆復(fù)合肽時(shí)，選用DA201-C型大孔吸附樹脂對(duì)粗提液進(jìn)行靜態(tài)吸附和動(dòng)態(tài)解吸的研究。結(jié)果表明，DA201-C型大孔吸附樹脂對(duì)玉米大豆復(fù)合肽有較好的純化分離效果。

色譜分離技術(shù)在玉米胚芽多肽的分離純化過程中有時(shí)也不是單獨(dú)使用的，多種分離純化技術(shù)協(xié)同使用以達(dá)到分級(jí)分離的目的。

5 玉米胚芽多肽的精制

5.1 脫色

玉米胚芽多肽在制備過程中，由于色素的存在，經(jīng)過酶解后，顏色一般會(huì)加深，同時(shí)又存在一定程度上的褐變，所以進(jìn)行脫色處理有助于改善多肽粉的色澤和品質(zhì)。活性炭吸附脫色是工業(yè)上常用的脫色方法。胡宇航等對(duì)玉米肽的精制脫色，確定最佳的工藝條件(50 ℃，pH 3.5，活性炭用量1.5 g/dL，脫色時(shí)間45 min)，玉米肽的得率為77.86%，脫色率為87.27%。

5.2 脫苦

玉米胚芽蛋白的酶解過程中，在蛋白酶的作用下，引起蛋白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量或肽鏈長度的改變，暴露出部分疏水性氨基酸，從而產(chǎn)生苦味，這種苦味的形成與肽的水解程度有很大的關(guān)系[29]。玉米胚芽多肽生產(chǎn)過程中的苦味會(huì)影響其后續(xù)的加工以及產(chǎn)品的口感。楊羿在玉米肽風(fēng)味控制技術(shù)的研究中，使用葡聚糖凝膠層析，篩選出具有低苦味值的玉米肽。最終得到了苦味值0.2、分子量集中在6000～8000 Da的無苦味的高F值玉米肽[30]。

6 展望

玉米胚芽多肽因其特殊的生物活性而具有巨大的開發(fā)潛力，而我國對(duì)于玉米胚芽產(chǎn)品的工業(yè)化、商品化的生產(chǎn)還有很大的提升空間。通過對(duì)玉米蛋白的水解，得到具有不同生物活性的多肽分子，進(jìn)而制備具備不同功能的醫(yī)用玉米胚芽食品。雖然我國有豐富的蛋白質(zhì)資源，但國內(nèi)對(duì)玉米胚芽多肽生理活性作用機(jī)理的研究還不太完善，因此如何進(jìn)一步改進(jìn)技術(shù)、提高資源利用率是日后的研究重點(diǎn)。總之，玉米胚芽多肽已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注，并且將會(huì)在醫(yī)用、食品領(lǐng)域有更廣闊的發(fā)展空間。