翟曉娜，裴海生，梁 亮，張志民，胡雪芳，李旭銳，孫 昊

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計研究院 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后處理重點實驗室, 北京 100125

生物活性肽是蛋白質(zhì)水解過程中產(chǎn)生的一類對生物體生命活動具有特殊調(diào)節(jié)功能的低分子聚合物，通常由2～20個氨基酸以不同組成和排列方式構(gòu)成，表現(xiàn)為二肽到復(fù)雜的線形、環(huán)形等不同結(jié)構(gòu)。已有研究表明，生物活性肽具有潛在的抗氧化[1]、抗炎癥[2]、降血壓[3]、抑菌[4]及免疫調(diào)節(jié)[5]等功效，在健康食品及膳食補充劑等方面應(yīng)用潛力巨大。

油菜籽是繼大豆和棕櫚之后的世界第三大植物油原料，其榨油后的餅粕占60%～65%。菜籽粕中蛋白質(zhì)含量高達30%～45%，且氨基酸組成合理，含有豐富的含硫氨基酸及一定量的賴氨酸，如Met、Arg、Lys含量分別約為2.3%、4.1%、6.7%[6]。我國作為菜籽餅粕消費大國，2019—2020年消費總量可達0.11億t，但一直用于飼料領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)附加值較低，高附加值利用菜籽餅粕已成為人們關(guān)注的焦點。目前，已有研究表明以菜籽餅粕為原料經(jīng)水解或微生物發(fā)酵制備的菜籽肽或蛋白水解物一定程度上具有抗氧化[7]、降血壓[8]、抗腫瘤[9]、促睡眠[10]及螯合金屬離子[11]等多種功效，且菜籽低聚肽不致敏。同時，隨著科學技術(shù)的進步及儀器設(shè)備的更迭換代，如電滲析超濾膜技術(shù)[12]、超聲波輔助[13]、高靜壓技術(shù)[14]等的出現(xiàn)推動了活性肽在分離純化和結(jié)構(gòu)鑒定方面的發(fā)展，為進一步明晰菜籽活性肽的作用機制、促進其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了有力支撐。

1 菜籽肽的制備與分離純化

通常先采用酶解法、化學水解或微生物發(fā)酵法處理蛋白原料得到肽類化合物與游離氨基酸的混合物，再依據(jù)分子量、疏水性、帶電量等不同特征采用超濾、離子交換層析、凝膠過濾層析等手段獲得目標肽。其中，酶解法具有生產(chǎn)條件溫和、選擇性高、有機溶劑殘留少、對蛋白質(zhì)營養(yǎng)破壞小等優(yōu)點，是菜籽肽目前最主要的制備方法，但成本高、產(chǎn)量低、食品級酶可選擇性低，一定程度上又限制了其工業(yè)化生產(chǎn)[15]；化學水解法雖成本低，但生產(chǎn)缺乏選擇性且會影響肽的生物活性[16]；而微生物發(fā)酵法因其可有效提高餅粕粗蛋白的消化率、降低硫苷等抗營養(yǎng)因子含量，多用于飼料行業(yè)[17]。本文主要對菜籽肽的酶法制備進行討論。

1.1 酶法制備

蛋白酶因具有專一的酶切位點而成為酶法制備目標活性肽的關(guān)鍵，目前常用于制備菜籽肽的酶多為嗜熱菌蛋白酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶、風味蛋白酶、枯草菌素等微生物源蛋白酶，以及部分木瓜蛋白酶等植物源蛋白酶。如王鳳章等[18]以菜籽分離蛋白為原料，采用嗜熱菌蛋白酶水解結(jié)合超濾分離得到了4種不同分子量菜籽肽，其中分子質(zhì)量低于3 kDa的肽段占比達60%以上，并均含有較高比例的疏水性氨基酸。Zinchenko等[19]用枯草菌素G3x酶處理菜籽餅粕20 h后得到的水解物分子質(zhì)量集中分布在1.5～16 kDa，游離氨基酸為8%。Pan等[20]用Alcalase 2.4 L FG水解菜籽蛋白至25%時得到的肽段其分子質(zhì)量90%以上均<1 kDa，且富含Glu、Pro、Gly、Arg、Phe等。Alashi等[21]對比分析了5種商業(yè)酶(堿性蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰酶)酶解菜籽餅粕水解物，發(fā)現(xiàn)均含約40%的疏水性氨基酸，且缺乏Cys；進一步利用截留分子質(zhì)量為1、3、5、10 kDa的超濾膜分離水解物，發(fā)現(xiàn)堿性蛋白酶有利于制備分子質(zhì)量較小的蛋白水解物(分子質(zhì)量<1 kDa肽的得率為30.06%±0.47%)，而其他4種酶解肽段分子質(zhì)量大多分布在1～3 kDa。除單一酶解法外，姚軼俊等[9]采用堿性蛋白酶-風味蛋白酶復(fù)合酶法，制備得到的菜籽蛋白水解物其分子質(zhì)量<3 kDa和<1 kDa肽段含量分別占比達71.58%和51.8%。另外，輔助利用Na2SO3可斷裂蛋白質(zhì)分子間和分子內(nèi)二硫鍵的特性，可不同程度地提高酶解速率[22]。

隨著研究的深入，超聲、微波等輔助技術(shù)也逐步用于活性肽的制備中，但研究相對較少。李菊芳等[23]等發(fā)現(xiàn)微波輔助技術(shù)可大大提高菜籽餅粕的酶解效率，且獲得的菜籽肽具有良好的溶解性、持水性和持油性。Wali等[24]輔助采用多頻超聲前處理得到的菜籽蛋白其結(jié)構(gòu)松散、表面多微孔，且無規(guī)則扭曲及α-螺旋含量降低、β-折疊含量增加，推測超聲波處理可通過改變菜籽蛋白微結(jié)構(gòu)增加蛋白的酶切位點進而提高菜籽蛋白的水解速率。參考大豆蛋白肽、胡麻子肽等的制備方法，可進一步嘗試開展高靜壓技術(shù)、亞臨界水提取技術(shù)及脈沖電場處理技術(shù)在菜籽活性肽提取制備中的應(yīng)用[25]。

菜籽肽酶解輔助提取技術(shù)應(yīng)用見表1。

表1 菜籽肽酶解輔助提取技術(shù)應(yīng)用

1.2 分離純化

肽的分離純化是其生物活性、結(jié)構(gòu)鑒定及活性機制研究的基礎(chǔ)。就菜籽肽的制備而言，通常會先利用植酸酶或酸前處理菜籽餅粕、乙醇處理菜籽蛋白去除其中植酸、酚類物質(zhì)及硫苷等抗營養(yǎng)物質(zhì)[27-28]，再根據(jù)肽的分子量、電荷性質(zhì)及疏水性等理化性質(zhì)的不同選擇分離純化方法，目前主要選用膜分離、凝膠過濾色譜(size exclusion chromatography，SEC)及反相高效液相色譜法(reversed-phase high performance liquid chromatography，RP-HPLC)等。膜分離技術(shù)主要根據(jù)酶解組分中物質(zhì)的分子量分布進行大量混合物的初步分離富集，具備條件溫和可控、可連續(xù)化處理的優(yōu)點，但容易出現(xiàn)膜堵塞的問題，He等[12]針對高通量超濾膜易堵塞污染的問題，引入電滲析-超濾耦合技術(shù)(cutoff=20 kDa)實現(xiàn)了靶向分離菜籽ACE抑制肽，且該方法可實現(xiàn)大規(guī)?；钚噪牡姆蛛x純化。SEC則依據(jù)填充膠對被分離混合物因分子大小不同而阻滯作用不同進行分離，具有分離速度快、效果好、產(chǎn)物不易變性等特點，通常使用Superdex G-系列填充膠；RP-HPLC是依據(jù)肽疏水性的差異進行分離純化的一種方法，具有選擇性較高的優(yōu)點，通常用于分離純化分子質(zhì)量<5 kDa肽段，尤其是極性小分子肽[7]，但設(shè)備昂貴，且存在著對親水性小分子肽保留率低的缺點。實際研究中，單一分離方法往往無法滿足獲得高純度、高活性肽的要求，菜籽活性肽目前主要采用超濾-凝膠過濾色譜-離子交換色譜/反相-高效液相色譜等組合技術(shù)進行分離純化，如利用固相萃取(SPE-Sep-Pak C18)濃縮預(yù)分離-超濾(cutoff=3 kDa)-RP-HPLC(C18)分離純化ACE抑制肽[29]；綜合采用超濾(cutoff=10 kDa)、Sephacryl S-100HR凝膠層析及RP-HPLC(C18)技術(shù)，分離純化抗氧化肽(Trp-Ile(Leu)-Tyr)等[7]。此外，去除蛋白水解過程中產(chǎn)生的苦味物質(zhì)及額外添加的鹽也是其純化的重要步驟之一，目前研究已確認山柰酚 3-O-(2″-O-芥子酰-β-槐糖苷)(閾值為3.4 μmol/L)是引起菜籽蛋白水解產(chǎn)物苦味的關(guān)鍵物質(zhì)，該物質(zhì)主要在菜籽餅粕生產(chǎn)過程中產(chǎn)生[30]，可通過阿魏酸酯酶處理降解其含量的65%[31]，但工業(yè)化處理仍需進一步研究優(yōu)化。就生產(chǎn)過程中添加的鹽類物質(zhì)，一般可通過納濾(nanofiltraton, NF)、大孔樹脂吸附等技術(shù)等進行精制處理[32]。

菜籽肽的分離純化技術(shù)見表2。

2 菜籽肽的生物活性

菜籽肽的活性與其氨基酸種類、數(shù)量及排列順序有關(guān)，如堿性氨基酸和酸性氨基酸具有較強的螯合金屬離子能力，疏水性氨基酸含量的增加可顯著增強肽與不飽和脂肪酸的反應(yīng)。研究表明，菜籽肽與菜籽蛋白相比吸收效率較高，且具有一定的生物活性，如降血壓、抗氧化、螯合金屬離子、促睡眠等，在醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域具有廣闊前景。

2.1 ACE抑制活性

高血壓作為一種全球性的公共健康問題，是中風、心力衰竭等許多疾病的誘因。ACE 可通過腎素-血管緊張素系統(tǒng)和激肽釋放酶-激肽系統(tǒng)發(fā)揮作用而導(dǎo)致血壓升高，抑制ACE是抗高血壓的首要策略[35]，利用食源性ACE肽進行降壓干預(yù)是研究熱點之一。從菜籽餅粕或菜籽蛋白中分離提取ACE抑制肽也逐步受到關(guān)注。Marczak等[8]以自發(fā)性高血壓大鼠為模型首次對菜籽酶解肽的降血壓活性進行評價，發(fā)現(xiàn)枯草桿菌蛋白酶酶解菜籽餅粕產(chǎn)生的IY、RIY、VW、VWIS肽段均具有一定的降血壓活性，并呈濃度依賴效應(yīng)，且RIY及VWIS為首次發(fā)現(xiàn)的ACE抑制肽；其中RIY主要通過前列腺素 PGI2-IP受體及膽囊收縮素CCK-CCK1受體途徑耦合上調(diào)血管舒張，降低外周血管阻力抑制血壓升高[36]。Wu等[37]從脫脂菜籽粕中首次鑒定出具有ACE抑制作用的食源性肽VSV，并發(fā)現(xiàn)該肽段主要存在于菜籽白蛋白中。He等[34,38-40]對菜籽蛋白源ACE抑制肽開展了系列研究，發(fā)現(xiàn)嗜熱菌蛋白酶、蛋白酶K及堿性蛋白酶水解物均具有較高的ACE抑制活性，并以堿性蛋白酶水解物效果最優(yōu)，其中膜分離分子質(zhì)量<1 kDa組分的ACE抑制活性最大(水解度11%，抑制率約84%)，并利用SEC、RP-HPLC等方法分離鑒定出LY、TF、GSH、RALP等ACE活性二肽、三肽，其中二肽LY的ACE抑制能力最強(IC50=0.11 mmol/L)且可被Caco-2細胞模型完整吸收，即肽的ACE抑制活性不僅與其分子量相關(guān)，并與其疏水性氨基酸含量呈正相關(guān)；值得注意的是，菜籽蛋白初始水解物與其各膜分離組分相比其腎素抑制活性偏低，這與M?kinen等[29]發(fā)現(xiàn)的菜籽蛋白水解物、SPE分離蛋白、超濾組分ACE抑制IC50逐漸增大的研究結(jié)果一致，推測菜籽蛋白水解物中各活性肽可能具有協(xié)同作用；且有研究表明超聲前處理可有效提高酶解菜籽肽組分的ACE抑制活性[24]。

綜合而言，菜籽蛋白源水解物具有一定的ACE抑制活性，且大部分ACE抑制肽為氨基酸數(shù)量為2～4的短肽，其活性受疏水性氨基酸含量的影響，這可能與疏水性氨基酸可通過與ACE活性位點的氨基酸殘基形成氫鍵而引起ACE幾何結(jié)構(gòu)畸變失活有關(guān)。此外，目前關(guān)于菜籽蛋白源ACE抑制肽研究仍多集中于活性肽的分離篩選，對活性肽的加工穩(wěn)定性、消化環(huán)境穩(wěn)定性及活性協(xié)同/拮抗作用需進一步加強。

菜籽蛋白源ACE抑制肽見表3。

表3 菜籽蛋白源ACE抑制肽

2.2 抗氧化活性

氧化應(yīng)激通常與許多慢性疾病如動脈粥樣硬化、心血管疾病等息息相關(guān)，通過攝入外源抗氧化補充劑增強機體抗氧化能力已成為趨勢。菜籽蛋白源水解物/肽已被證明具有良好體外自由基清除能力及細胞氧化應(yīng)激模型保護作用，通常含2～15個氨基酸殘基，且活性與其一級結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)(表4)。薛照輝等[41]發(fā)現(xiàn)經(jīng)堿性蛋白酶和復(fù)合風味酶分步酶解得到的菜籽肽通過腹腔注射可有效抑制小鼠血清中丙二醛(malondialdehyde, MDA)的生成，并呈現(xiàn)濃度依賴效應(yīng)。張瑞等[42]利用Sephadex G-15從固態(tài)發(fā)酵菜籽餅粕中分離到的兩個肽段(171 Da、794 Da)均表現(xiàn)出良好的體外自由基清除能力，且小分子量肽段在各濃度下均表現(xiàn)較優(yōu)，推測肽段的分子量可直接影響其抗氧化活性。Wang等[7]發(fā)現(xiàn)采用堿性蛋白酶酶解法獲得的高抗氧化活性菜籽蛋白水解組分中含有較高的Glu、Gly、Ala、Tyr、Pro，并進一步分離純化出抗氧化肽WI(L)Y；結(jié)合章紹兵等[43]分離出的RNL(I)PY、YPL(I)YE抗氧化肽，發(fā)現(xiàn)菜籽抗氧化肽的C-端或N-端均為Tyr(Y)殘基，且通常當Tyr位于肽鏈N-端時其抗氧化活性較強[44]。進一步地，Xu等[45]利用H2O2處理HUVECs細胞模型探究了菜籽抗氧化肽WDHHAPQLR(1 158.619 5 Da)的活性機制及吸收代謝，發(fā)現(xiàn)該肽段主要通過細胞旁路被小腸上皮細胞吸收(滲透系數(shù)(0.82±0.19)×10-6cm/s)，并被降解為DHHAPQLR、WDHHAP、QLR 3個主要組分，可通過上調(diào)Bcl-2的表達而抑制HUVECs細胞凋亡發(fā)揮其生物活性；相比較，YWDHNNPQIR(1 341.539 8 Da)這一抗氧化肽段在Caco-2 細胞模型中的表觀吸收率相對較低(滲透系數(shù)(0.66±0.12)×10-6cm/s)，被上皮細胞吸收后主要被降解為WDHNNPQIR、DHNNPQIR、YWDHNNPQ[46]，且研究表明靜脈注射該抗氧化肽可通過抑制絲裂原激活蛋白激酶調(diào)節(jié)MAPK與NF-κB路徑緩解糖尿病腎病小鼠模型的腎纖維化[47]。此外，不同種類酶的酶解產(chǎn)物其抗氧化活性也不盡相同，如“胃蛋白酶+胰酶”菜籽蛋白酶解產(chǎn)物與堿性蛋白酶、風味蛋白酶、嗜熱菌蛋白酶等酶解產(chǎn)物相比具有較強的DPPH自由基清除能力，但其抑制亞油酸氧化能力較弱；而風味蛋白酶酶解物和堿性蛋白酶酶解則分別具有較強的Fe2+螯合能力與超氧陰離子清除能力[48]，這可能主要與酶的專一性造成不同酶解產(chǎn)物中各肽段的氨基酸殘基不同有關(guān)。

表4 菜籽蛋白源抗氧化肽

綜合而言，菜籽蛋白源活性肽具有良好的體內(nèi)外抗氧化活性，其抗氧化能力與制備方法、分子量大小、氨基酸組成息息相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)抗氧化肽WDHHAPQLR的穩(wěn)定性不受食品加工中苯甲酸鈉等添加劑的影響，但在強酸、強堿及高溫環(huán)境下極易失活[49]。后續(xù)應(yīng)進一步加強抗氧化肽的應(yīng)用穩(wěn)定性及加工適宜性研究，推進其市場化應(yīng)用。

2.3 其他生物活性

目前除對菜籽源ACE抑制肽和抗氧化活性肽研究較多外，還發(fā)現(xiàn)菜籽肽具有螯合金屬離子、抗腫瘤、改善睡眠、抑菌、抗炎等生理活性(表5)。

表5 其他菜籽活性肽

金屬離子螯合肽是一類通過配位鍵與金屬離子發(fā)生螯合反應(yīng)而生成具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的螯合物，可被用作抑菌劑、食品添加劑、動物飼料及金屬離子補充劑等，商業(yè)價值潛力和研究前景較好。Xie等[11]通過堿性蛋白酶酶解菜籽蛋白、Sephadex G-25層析分離得到了AR、NSM、GKR、GPSH等4個肽段，其中NSM具有最強的鋅離子螯合能力，電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS)測定其鋅離子螯合能力可達82.12%，遠高于GSH 62.45%的螯合能力，并推測菜籽肽螯合能力主要與其N-端 Asn殘基有關(guān)。此外，菜籽蛋白酶解物/肽也被證明具有一定的抗腫瘤活性，可抑制S180[50]、HepG2人肝癌細胞[51]及MCF-7細胞[52]的體外增殖，Wang等[53]通過RP-HPLC及電噴霧電離串聯(lián)質(zhì)譜(electrospray ionization mass spectrometry, ESI-MS/MS)等得到的菜籽低聚肽WYP(408.2 Da)能夠顯著改變HepG2的形態(tài)學特征、抑制細胞增殖。Yust等[54]發(fā)現(xiàn)菜籽蛋白的堿性蛋白酶水解物能夠有效抑制HIV蛋白酶，為HIV蛋白酶抑制的研究提供了新的路徑。王禹程等[10]發(fā)現(xiàn)菜籽多肽粗提物可延長小鼠睡眠時間；He等[55]發(fā)現(xiàn)化學合成制備的菜籽源蛋白肽LY、RALP、GHS 可通過抑制RAW264.7巨噬細胞中iNOS酶的表達而降低NO的分泌、降低細胞炎癥因子IL-6、TNF-α的含量，從而發(fā)揮抗炎活性?？傮w來說，菜籽蛋白酶解物/肽具有良好的生物活性。

3 展望

國內(nèi)目前對菜籽餅粕的規(guī)?；冒ㄖ迫饪s飼用蛋白和菜籽肽，前者由于原料價格上漲和終端市場疲軟而受到限制，菜籽肽已被證明可直接或通過體內(nèi)外酶解對人體的生理及代謝產(chǎn)生積極影響，同時菜籽蛋白水解物也可應(yīng)用到糖果、糕點、蛋黃醬等攪打食品中，在改善產(chǎn)品感官品質(zhì)的同時提高其營養(yǎng)功能，菜籽肽市場前景廣闊。但現(xiàn)在市場上菜籽肽類產(chǎn)品仍寥寥無幾，且多為多種分子量肽的混合物，產(chǎn)品功效同質(zhì)性嚴重，活性肽生產(chǎn)過程中苦味氨基酸的產(chǎn)生及酶解成本高也是制約菜籽肽市場化的重要原因。菜籽肽生物活性的構(gòu)效關(guān)系及其環(huán)境穩(wěn)定性、應(yīng)用穩(wěn)定性的明晰對于其市場化也是非常重要的。

在后續(xù)研究中，一是應(yīng)注重活性肽的制備過程研究，已知蛋白的水解程度與其活性、物化特性緊密相關(guān)，掌握肽制備的動力學特征及其與產(chǎn)物物化特性的關(guān)系，有助于提高目標肽的生產(chǎn)效率及感官品質(zhì)；可利用電腦模擬菜籽蛋白酶解方法，通過對酶解肽段進行構(gòu)效分析，構(gòu)建目標活性肽仿真分析，為菜籽肽的活性挖掘及制備提供理論基礎(chǔ)及超級算力。二是強化活性肽特征研究，包括活性肽的體內(nèi)外穩(wěn)定性及加工穩(wěn)定性，系統(tǒng)研究環(huán)境因素如溫度、pH值、離子強度、口腔及腸胃道，食品加工工藝如熱處理、超高壓、擠壓處理以及應(yīng)用微環(huán)境組分如酚類、多糖及脂類物質(zhì)對肽穩(wěn)定性的影響，明晰活性肽的儲運特征及其使用范圍；同時還需對活性肽的可接受度開展研究，其中針對肽代謝穩(wěn)定較差及適口性弱的問題，嘗試采用分子接枝技術(shù)及穩(wěn)態(tài)化技術(shù)提高其穩(wěn)定性、拓寬其應(yīng)用場景。三是闡明活性肽的活性機制，尤其是酶解產(chǎn)物中不同肽之間生物活性的協(xié)同拮抗作用，利用分子對接探究配體與受體之間的相互作用，通過揭示兩者的結(jié)合位點與結(jié)合模式，解析活性肽的關(guān)鍵基團及其作用機制，在此基礎(chǔ)上進一步開展肽改性研究及結(jié)構(gòu)設(shè)計，為充分高效利用菜籽肽提供基礎(chǔ)，使其在食品營養(yǎng)健康領(lǐng)域具有更廣闊的發(fā)展前景。