蛋白质水解物与食品中不同组分之间交互作用的研究进展

牛海力，孔保华，刘 骞，*，王 雪，吕 虹

(1．东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨150030 2．哈尔滨轻工业学校，黑龙江哈尔滨150076)

目前，利用不同蛋白资源开发蛋白肽已经成为研究的热点。在过去的十年中已有大量的研究表明许多蛋白质经过酶解后都会产生具有抗氧化活性的抗氧化肽，已有的研究包括乳清蛋白［1］、玉米蛋白［2］、猪血浆蛋白［3］、卵白蛋白［4］，肌肉蛋白［5］，大豆蛋白［6］，马铃薯蛋白［7］，以及荞麦蛋白［8］等。而这些抗氧化肽大多属于短肽(分子量＜1000u)，相关研究已经表明蛋白质深度酶解物中的短肽更容易被运载体吸收，且吸收效率更高［9］。另一方面，这些短肽具有天然、高效以及安全性高等优点，人体内有些生物功能正是由于这些短肽发挥的生物活性，而蛋白质和氨基酸却没有这样的功能。大量研究证明蛋白质水解物具有抗氧化活性，除此之外，蛋白质水解物还具有许多其他的功能特性，例如能够形成较高凝胶强度的凝胶、乳化脂肪、结合水分等等。因此，蛋白质水解物与食品组分(包括蛋白质、碳水化合物和脂质等)在实际加工条件下的交互作用以及对食品品质的影响非常值得进一步深入的研究和探索。本文主要介绍了不同蛋白质来源的蛋白质水解物与食品组分的交互作用、作用机理及其对食品功能性质的影响，从而为蛋白质水解物在食品中的应用提供理论参考。

1 蛋白质水解物与蛋白质之间的交互作用

一般而言，蛋白质是一种球形的分子，而蛋白质水解物是一种灵活的线性分子，它们之间的交互作用对于细胞内各种生化反应，比如信号的传递、蛋白质的运输以及酶的调节起着关键作用。蛋白质-蛋白质水解物的交互作用只需要一个很小的界面，因此许多反应均可以发生。另外，将小分子的蛋白质水解物添加到蛋白质中也会改善蛋白质的一些功能性质，如起泡性和乳化性。蛋白质水解物作为表面活性剂可以通过降低界面张力(促进液滴破裂)和阻止聚合［10］，有助于油/水界面液滴的形成，进而增强乳化稳定性［11］，这是因为蛋白质和小分子水解物之间可以通过提高静电斥力和位阻来阻止乳化微滴间的吸引［12］。

1.1 蛋白质水解物与蛋白质交互作用的机理

蛋白质水解物与蛋白质之间的交互作用包括氢键、疏水相互作用等，在蛋白质-蛋白质的交互作用中疏水相互作用占主导地位，而蛋白质-蛋白质水解物之间的交互作用取决于二者之间疏水引力和静电斥力之间的平衡。但是，不是所有的水解物都会与蛋白质发生结合，这种结合是有选择性的，而且这种结合也不全是特异性的［13］。Das等人［14］通过研究建立了一个数据库，可以搜索3100种蛋白质-蛋白质水解物复合体系的结构、序列以及实验现象，同时还可以计算蛋白质-蛋白质水解物复合体系链间强的、弱的交互作用的类型，并且可视化残基间的交互作用模式。

1.2 蛋白质水解物与肌原纤维蛋白的交互作用

蛋白质水解物与肌原纤维蛋白混合，可以提高肌原纤维蛋白的乳化性、凝胶性、流变学性质以及抑制肌原纤维蛋白的氧化程度。Xiong［15］等人研究了小麦谷蛋白水解物在不同盐离子条件下(0mol/L或0．6mol/L NaCl)对猪肉肌原纤维蛋白凝胶性和乳化性的影响，发现小麦谷蛋白水解物可以抑制凝胶的形成，提高了猪肉肌原纤维蛋白的乳化性。同样，Ramírez-Suárez［16］等人将经过转谷氨酰胺酶处理的小麦谷蛋白与肌原纤维蛋白混合，测定肌原纤维蛋白的凝胶、流变性质以及热变性模式，发现未经转谷氨酰胺酶处理的肌原纤维蛋白样品在加热后期储能模量不受谷氨酸和酸提取蛋白组分的影响，而用转谷氨酰胺酶处理的小麦谷蛋白样品凝胶的弹性更好。Li［17］等人研究了在-25℃冻藏期间加入抗冻剂和乳清分离蛋白质水解物对鲤鱼肌原纤维蛋白由冷冻引起的蛋白质氧化及肌原纤维蛋白结构的变化，发现随着贮藏时间的延长，空白对照组、单独加抗冻剂组、加抗冻剂和乳清分离蛋白水解物组、加抗冻剂和没食子酸丙酯组中肌原纤维蛋白羰基含量从每毫克蛋白质 4．02nmol 分别增加到 7．25，6．31，5．26 和4．83nmol，另外，表面疏水性及浊度增加，而巯基含量、Ca-ATP酶活性、蛋白质溶解性及热稳定性的下降也表明添加复合抗冻剂及乳清分离蛋白水解物可以有效的抑制肌原纤维蛋白的氧化，因此避免了肌原纤维蛋白结构的改变。

1.3 蛋白质水解物与乳清分离蛋白的交互作用

蛋白质水解物与乳清分离蛋白混合可以提高乳清分离蛋白的起泡性和乳化性，另一方面，作为抗氧化剂，蛋白质水解物也可以抑制蛋白质氧化和脂质过氧化。Creusot［18］等人将乳清蛋白酶解液加入到乳清蛋白中，实验证明因酶解后形成很多小的疏水性多肽而增加了乳清蛋白的聚集反应。Adjonu［19］等人证明预加热及选择不同的酶酶解乳清分离蛋白，能够显著提高乳清蛋白水解物的双重功能(生物功能，如抗氧化性、ACE抑制活性以及工艺功能，如纳米乳化性)，这种有双重功能的乳清分离蛋白可以作为生产功能食品的原料。Peña-Ramos［20］等人分别用四组纯酶系(胃蛋白酶，木瓜蛋白酶，胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶)和三组商业蛋白酶(蛋白酶A，蛋白酶P，蛋白酶F)在预加热或不加热条件下酶解乳清分离蛋白，通过测定TBARS(硫代巴比妥酸)值得出结论，纯酶系酶解的乳清分离蛋白对食品体系中脂质过氧化的抑制作用较弱，并且只在预加热处理组中出现抑制作用。

1.4 蛋白质水解物与小麦谷蛋白的交互作用

蛋白质水解物与小麦谷蛋白混合可以提高小麦谷蛋白的起泡性和乳化性。Agyare［21］等人比较了在不同离子强度、温度和pH条件下加入及不加入转谷氨酰胺酶对小麦谷蛋白水解液乳化性和起泡性的变化，结果发现，在 pH4．0和 pH6．5时，加入转谷氨酰胺酶的小麦谷蛋白水解液起泡能力增加;在pH4．0时，加入转谷氨酰胺酶酶解的小麦谷蛋白泡沫稳定性降低;在pH6．5时，加入转谷氨酰胺酶的小麦谷蛋白水解液乳化活力增加15倍，而泡沫稳定性受乳化液温度和离子强度等更多因素的影响。

2 蛋白质水解物与碳水化合物之间的交互作用

食品体系中存在蛋白质水解物和还原糖时，会发生美拉德反应，产生良好的风味，同时，也应采取措施控制该反应产生不良化合物。碳水化合物种类繁多，当蛋白质水解物与多糖混合时，由于多糖复杂的结构可能会诱导蛋白质水解物发生构像的改变，从而改善蛋白质水解物的功能特性。当蛋白质水解物与淀粉等大分子碳水化合物混合时，由于水解物分子量较小，因而它们之间存在一定的位阻，一般在加热条件下才会发生反应，反应之后可以提高淀粉的糊化、粘度等性质，也可以抑制淀粉的老化。

2.1 蛋白质水解物与碳水化合物交互作用的机理

蛋白质水解物与碳水化合物之间的交互作用，和与蛋白质的作用相类似，如果碳水化合物与赖氨酸的 ε-氨基和游离氨基(α-NH2)发生反应［22-23］，蛋白质水解物中会发生糖化反应。这种糖化反应实际上是对蛋白质水解物的糖基化修饰，由于引入了亲水性基团，可以增加复合物的稳定性和溶解性。蛋白质水解物与还原糖发生美拉德反应时是根据蛋白质水解物中含有的羰基及还原糖中含有的氨基发生的。

2.2 蛋白质水解物与单糖的交互作用

蛋白质水解物与单糖之间反应可以提高蛋白质水解物的抗氧化活性。Liu［24］等人将猪血浆蛋白酶解后，加入三种单糖(葡萄、果糖、半乳糖)在95℃分别反应0～6h得到美拉德反应产物，研究结果发现，反应体系的pH和游离氨基含量显著下降，而褐变程度、中间产物的产量、美拉德产物的还原能力、ABTS和羟自由基清除能力均随着加热时间的延长而显著增加。猪血浆蛋白水解物与半乳糖反应得到的美拉德产物褐变程度和抗氧化活性最高，并且这两个指标呈现典型的线性关系。Liu［25］等人将乳清分离蛋白与葡萄糖以1∶1的比例混合加热，研究结果表明反应体系的颜色、紫外吸收波长、荧光强度以及抗氧化活性(还原能力、自由基清除能力)均随着反应时间的延长而显著增加，同时，通过SDS-PAGE电泳分析发现乳清分离蛋白与葡萄糖形成了高分子量聚合物，傅里叶变换红外光谱也表明乳清分离蛋白的酰胺Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区均发生了变化，说明反应形成的高分子量聚合物的稳定性和抗氧化活性均较高。

2.3 蛋白质水解物与多糖的交互作用

蛋白质水解物与多糖反应，可以增强水解物的起泡性;而对具有一定生物活性的抗菌肽、抗内毒素肽等水解物与多糖反应，可以增强水解物的抗菌、抗内毒素活性。Herasimenka［26］等人用铜绿假单胞菌，洋葱伯克霍尔德菌和肺炎克雷伯菌生产出来的细菌多糖与SMAP-29和LL-37抗菌肽复配来研究阻止肺病原体先天免疫系统效应的可能机制，体外实验表明，这两种肽的抗菌活性由于加入了三种多糖受到了不同程度的抑制;圆二色谱实验表明，抗菌肽与多糖之间的交互作用诱导了α-螺旋构象的形成;荧光测量结果也表明抗菌肽与多糖之间确实发生了交互作用。Martinez［27］等人研究适当水解的向日葵蛋白与不同种类多糖复配对多糖起泡性的影响，结果发现水解程度较低时，这种复配增加了多糖的泡沫逸出和泡沫稳定性，而水解程度较高时，却没有增加多糖的泡沫逸出和泡沫稳定性，黄原胶相对其他多糖的黏度更高，可以更好的提高起泡性，因此，根据多糖与水解物复配后泡沫的体积和表面的流变性质，蛋白质的的水解程度会极大的影响多肽与多糖之间的交互作用。Schmidtchen［28］等人也讨论了在溶液中和膜界面上影响多肽与多糖之间交互作用的理化因素，并综述了这些理化因素如何影响这类肽的抗菌、抗内毒素的功能，以及如何将其应用在治疗中。

2.4 蛋白质水解物与淀粉间的交互作用

淀粉对许多食品的质构特性有促进作用，它可以作为增稠剂，胶体稳定剂，凝胶剂，填充剂，保水剂、粘合剂等广泛用于食品和工业应用中。淀粉的理化性质取决于很多因素，如淀粉颗粒的大小，颗粒大小的变化范围，颗粒表面的蛋白质，而最重要的因素是颗粒的结构，颗粒中直链淀粉和支链淀粉的比例，以及它们各自的分子量。

研究已经发现，将淀粉添加到食品中，由于淀粉与食品中各组分的交互作用，可以改变淀粉的某些性质，如老化、黏度、凝胶温度和流变学性质等。Lian［29］等人分别用酸性、碱性、中性蛋白酶酶解大豆蛋白，然后将酶解液加入到玉米淀粉中，发现三种酶解大豆蛋白水解物一定程度上都会抑制玉米淀粉老化，通过测定红外光谱和质谱表明在老化过程中大豆蛋白多肽可能会与玉米淀粉C-1的还原端发生反应，氢键在玉米直链淀粉的C-2，3间形成，而酸性、碱性、中性蛋白酶水解物中含有7种氨基酸的多肽可能是抑制玉米淀粉老化的主要抑制剂。Goel［30］等人在玉米淀粉与酪蛋白和酪蛋白质水解物交互作用的研究中发现，随着加入到酪蛋白质水解物中淀粉含量增加，凝胶温度没有改变，但凝胶稳定性降低;当用酪蛋白或酪蛋白质水解物取代玉米淀粉时，由于淀粉稀释效应，所有样品中均观察到峰值及粘度的下降。Considine［31］等人在研究牛奶蛋白质和淀粉之间的交互作用时，发现淀粉和牛奶混合在一起时，它们之间交互作用的范围很大，这种交互作用取决于它们的相对含量，淀粉和牛奶成分的理化性质以及牛奶中的组成成分。

3 蛋白质水解物对脂质氧化的抑制作用

在食品中，自由基引起的脂肪酸和脂质过氧化导致食品中产生腐臭味和不良的化学物质，这种氧化进一步导致食品质量的下降、食品保质期的缩短，甚至可能会由于食用有潜在毒性的反应产物而产生某些疾病。因此，为了防止食品品质的恶化，采取措施抑制食品中自由基的形成以及脂质过氧化显得尤为重要。近年来，蛋白质水解物中的抗氧化肽由于其较高的安全性、抑制脂质过氧化和清除自由基方面的高效性而备受关注。这些抗氧化肽的活性可能会受到不同参数的影响，如源蛋白，水解度，肽结构，氨基酸组成以及蛋白酶类型。在过去的几十年中，蛋白酶解抗氧化肽已从黄鱼肌肉［32］、罗非鱼鱼皮明胶［33］、双髻鲨肌肉［34］、贻贝肌肉［35］中分离出来。

当蛋白质与脂质共存时，脂质的极性末端与蛋白质的多肽链中各个氨基酸侧链通过疏水键、静电力、范德华力作用连接，主要表现为竞争性吸附和合作吸附。溶液体系中蛋白质与脂质的种类和浓度、界面pH、其它溶质的特性及蛋白质与脂类在溶液中的比率等因素决定这两种分子发生交互作用的类型［36］。另一方面，由于蛋白水解液具有很强的抗氧化活性，因此一定程度上可以抑制脂质过氧化，从而提高食品的质量。蛋白质水解物的抗氧化抑制作用可能通过以下途径来实现:(1)络合酶的活性部位Fe3+;(2)与底物竞争酶的活性部位;(3)与酶分子之间的交互作用而影响或改变酶的空间结构，从而降低酶的活性［37］。Zhou［38］等人利用三种微生物蛋白酶酶解大米蛋白，然后经过连续的超滤分离出具有抗氧化活性的酶解肽，进一步证明这种酶解肽可以作为天然抗氧化剂抑制猪肉中脂肪氧化并可以提高产品的货架期。Kong［2］等人分别用碱性蛋白酶和木瓜蛋白酶酶解玉米醇溶蛋白，发现酶解产物可以作为金属离子螯合剂或氢供体，以及自由基稳定剂抑制脂质过氧化，证明蛋白质水解物或者某些从食品中分离出来的特定多肽加入到猪肉制品中可以有效的抑制脂质过氧化。Park［39］等人研究了从小麦谷蛋白水解物中分离出的不同等电点的肽段对猪肉馅饼中脂质过氧化的抑制作用，发现等电点小于3．0和大于9．0的多肽相比于其它等电点的多肽和纯小麦谷蛋白水解物表现出更好的抑制脂质过氧化能力，因此，结果表明多肽的分布以及多肽与食品中组分的交互作用对于抑制脂质过氧化起着举足轻重的作用。Sakanaka［40］等人证明卵黄蛋白水解物具有抗氧化活性并且可以很好的抑制牛肉和金枪鱼均浆液中脂质的过氧化。

4 展望

近几年，蛋白质水解物与食品组分之间的交互作用已经受到了广泛的关注。大多数水解物的物理化学性质和化学结构是非常复杂的，而且他们与食品组分之间的交互作用是一个复杂的过程。大量实验已经证明在食品体系中加入蛋白质水解物能够起到较强的抗氧化活性，抑制脂质和蛋白质氧化的作用，并且可以改善蛋白质的一些功能性质。今后的研究重点应集中在以下几个方面:(1)深入探讨蛋白质水解物与各种食品组分互作的机理，(2)将蛋白质水解物作为一种成分添加到食品中，研究他们对食品品质和加工性质的影响。以期为其在食品体系中的广泛应用奠定坚实的理论基础。

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