玉米胚芽多肽的研究进展

魏涵伟，王成忠*，任振峰

(1.齐鲁工业大学，济南 250353；2.山东神州翔宇科技集团有限公司， 山东 枣庄 277400)

玉米是我国重要的粮食作物，也是世界上产量最高的作物，据2011年农业信息网统计，我国玉米产量约达到2亿吨，约占世界产量的25%。玉米内含有丰富的蛋白质、油脂、维生素、膳食纤维、核黄素、谷胱甘肽以及多种微量元素，这些成分对降低胆固醇、预防心脑血管疾病等有积极的作用[1]。胚芽是玉米生长发育的“灵魂所在”，它只占玉米籽粒质量的11%，其中的蛋白质含量达到22%左右[2]。玉米胚芽蛋白的特殊组成使其具备高营养价值的开发潜力。通过酶解玉米胚芽蛋白制备玉米胚芽多肽是开发玉米深加工产品的一个重要手段。

1 玉米胚芽的简介

玉米胚芽，是食品工业原料的主要来源。其中玉米胚芽蛋白主要是白蛋白和球蛋白，占总蛋白的60%以上，其特有的可溶性清蛋白和球蛋白易被人体吸收。王霞等[3]用氨基酸全自动分析仪测得，玉米胚芽蛋白中涵盖了7种人体所必需的氨基酸，与大豆蛋白组成成分相似，符合人类的膳食营养需求，其组成见表1。 玉米胚芽中还含有功能性因子γ-氨基丁酸、谷胱甘肽、植物甾醇、维生素E等。其中，膳食纤维在玉米胚芽中占9%。

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

续 表

注：表中FAO/WHO是指FAO/WHO推荐的人类蛋白质标准。

每年，玉米淀粉生产后都有大量的玉米胚芽产出，我国最主要的玉米胚芽利用是简单加工制成饲料，对玉米胚芽中优质的油脂及蛋白质资源造成了浪费。

对玉米胚芽的综合利用可以有效减少浪费。我国对玉米胚芽综合利用的一个非常成功的产品就是玉米胚芽油。

除了玉米胚芽油外，还有利用玉米胚芽蛋白制成的玉米胚芽蛋白饮料；提取具有一定生物活性的玉米胚芽多肽，作为食品添加剂或者制成保健食品；从玉米胚芽粕中提取膳食纤维，从玉米胚芽饼中提取天然食品添加剂植酸钠，从玉米胚芽中提取超氧化物歧化酶、γ-氨基丁酸等。

2 玉米胚芽多肽的简介

在生物体内，肽参与重要的生理生化反应。目前研究发现，来自于普通食物如牛奶、玉米、大豆、鱼的肽具有多种生理活性，可用于改善人们的健康状况以及疾病的预防和治疗[4]，其具体表现见表2。

表2 肽的作用与功效Table 2 Functions and effects of peptides

研究表明，采用酶法提取玉米胚芽多肽，通过蛋白酶对玉米蛋白进行降解和修饰，使其变成可溶的小分子肽类。酶法提取的条件温和，提取率较高，能将部分蛋白质分解成多种氨基酸和许多小肽段，口感较好，可以为消化系统功能不健全的特定人群(如老年人、婴儿等)提供膳食蛋白。

玉米胚芽多肽具有良好的可溶性，同时具备多种生物活性，如抗氧化、降血压、增强免疫力、抗疲劳、促进乙醇代谢保护肝脏等，可以为食品医药领域的发展做出贡献。

3 玉米胚芽多肽的生理活性

3.1 抗氧化活性

代衍峰等[5]测定玉米肽的抗氧化活性，采用·DPPH自由基清除率法，结果表明：极性不同的抗氧化肽与其抗氧化能力呈负相关性。李鸿梅等对照α-生育酚，对比了玉米肽对·DPPH自由基、超氧阴离子自由基、阴离子自由基以及亚油酸的氧化抑制作用，验证了玉米胚芽肽的抗氧化活性。

3.2 降血糖作用

胡宇航等[6]发现了玉米胚芽多肽的降血糖活性，进行了体外实验研究，有待动物实验进一步的验证。马伟[7]分离出的玉米低聚降糖肽中甘氨酸、异亮氨酸、亮氨酸含量较高，因为调节机体血糖的主要氨基酸是这3种氨基酸，从侧面证明了玉米低聚降糖肽的血糖调节作用。

3.3 抗疲劳作用

朱宏亮[8]验证不同分子质量的玉米肽的抗疲劳作用，通过测试小鼠力竭游泳时间，并综合考虑其他因素，得出玉米肽YT-2具有较好的抗疲劳作用。

3.4 降血压作用

Yamaguchi M等[9]测量制备的玉米肽的ACE抑制活性为0.29 mg/mL，将玉米肽喂养自发性高压大鼠，结果发现喂养100 mg玉米肽和2 mg卡托普利降压效果相同(注：卡托普利是治疗高血压和心力衰竭的药物)。

3.5 解酒护肝作用

朱宏亮根据醉酒小鼠醒酒时间，同时检测不同时间点血浆中乙醇含量，实验结果显示玉米肽YT-3具有一定的解酒作用。Yamaguchi M等[10]将前期经过酒精灌胃处理后的大鼠，以玉米肽灌胃，测得其血液中的乙醇和乙醛含量明显下降。有进一步研究表明，玉米肽通过提高血清中丙氨酸和亮氨酸的浓度，从而产生稳定的氧化性辅酶Ⅰ(NAD+)，进而加速乙醇在肝脏中的代谢。马伟通过动物实验验证了玉米低聚肽具有高醒酒活性，且证明了小鼠血醇含量与玉米低聚肽的摄入量之间具备量效关系。

4 玉米胚芽多肽的提取、分离、纯化工艺

4.1 玉米胚芽多肽的提取

现有制备多肽的方法一般经过直接提取、水解分离和化学合成这几个主要步骤。在生物体内存在的天然活性肽，首先利用各种分离提取技术直接提取；不能直接提取的，用化学和酶解的方法将玉米胚蛋白水解成小分子的肽段，再将不同长度的肽段利用分离纯化手段分离；还有一些符合人类需求但是无法提取出来的多肽，根据氨基酸的特点和侧链以及其中的修饰作用通过化学合成法，使多肽及其衍生物呈现出活动化的延伸物质，如氨基酸的甲酯来合成目的多肽[11]。

4.1.1 微生物发酵法

微生物发酵法是以能在胞外分泌大量蛋白酶的菌株作为发酵菌株，以玉米蛋白为底物，利用微生物发酵过程产生的蛋白酶来制备玉米活性肽，经过筛选出产酶能力高的发酵菌株来增强玉米胚芽蛋白的水解，以达到实验目的。

4.1.1.1 固态发酵法

固态发酵是指使用不溶性固体培养基来进行微生物培养的工艺过程[12]。其优点是微生物易生长，水分活度低，酶系丰富，酶活力高，操作时不要求完全无菌。白酒、腐乳、豆豉的生产等都属于传统的固态发酵。刘波等[13]使用固态发酵法制备玉米肽，对发酵条件进行优化，提高了玉米肽的得率，并且研究水解条件对肽活性的影响，为玉米功能性食品和保健品的研制提供了理论依据。李军军等[14]使用米曲霉发酵玉米胚芽粕制备玉米胚芽肽，优化发酵条件，使玉米胚芽肽的转化率达到36%，最终分离出相对分子质量分别为5128，1626 Da的2种组分。

4.1.1.2 液态发酵法

液态发酵法是指以液态基质作为培养基的发酵方法，优点是水分活度高、发酵周期短、生产优势高等。我国食醋发酵是典型的液态发酵。现有资料中基本没有使用液态发酵来制备玉米胚芽多肽，而我国现阶段对玉米液态发酵的综合利用一般都是以玉米为原料的白酒的生产。但是，有研究人员使用液态发酵来制备燕麦ACE抗氧化肽，盖梦等采用枯草芽孢杆菌发酵裸燕麦，以多肽得率和ACE抑制率为指标，优化发酵条件，最终得出实验结论：ACE的抑制率提高了6%。也有资料显示，采用液态发酵豆粕生产大豆多肽，最终得到的产物苦味难除。

4.1.2 酶水解法

酶水解法是目前研究最多的一种方法，也是有望工业化生产玉米胚芽多肽的一种方法。该法用一种或多种酶水解玉米胚蛋白来制备目标产物，酶制剂的选择是制备过程的关键，其中最常用的酶主要有微生物蛋白酶、植物蛋白酶和动物蛋白酶。

Liu D Y等[15]在酶解玉米蛋白粉的实验中，优化酸性蛋白酶的酶解条件，最终确定了最优的工艺条件。李艳娟等[16]利用碱性蛋白酶和木瓜蛋白酶双酶水解制备玉米胚芽蛋白多肽，反应速率快，而且得到的产物显示出较好的还原力。王烨辉等将中性蛋白酶和复合蛋白酶复配，作用于玉米胚芽蛋白，在底物浓度3%、中性酶浓度1‰、复合酶浓度2.5‰的条件下，以其最适温度及pH值，水解3 h，得到酶解产物，经超滤可得分子量集中于200～2000 Da的多肽分子。

4.2 玉米胚芽多肽的纯化

由于玉米胚芽蛋白水解物中含有较多的成分，除了目标肽段，还有一些水解不完全的长链多肽和游离氨基酸。为了得到目标肽段，需要将得到的蛋白酶水解物进行分离纯化，因为水解物的不确定性，单一的分离手段不能完全达到实验目的，可以采用多种分离手段来纯化分离活性肽。

4.2.1 膜分离法

膜分离技术由于同时实现分离、浓缩、纯化和精制，又是分子级过滤且过滤过程简单、易于控制，已经成为现代分离工艺的一个重要手段。膜分离法根据截留分子量的不同可分为微滤(MF)膜、超滤(UF)膜、纳滤(NF)膜和反渗透(RO)膜等[17]。

4.2.1.1 超滤分离法

超滤是一种加压膜分离技术，通过施加一定压力，使小分子可以通过滤膜，而大分子留在另一侧，从而实现大、小分子的分离。利用超滤技术不仅可以实现玉米胚芽多肽的分离纯化，也可以保证多肽的品质、节约试剂，并且能够达到工业化连续生产的需求[18]。

王文侠等[19]使用超滤技术对玉米浸泡液进行分离纯化，通过研究溶液pH、操作压力、操作因素的影响，确定了最佳工艺条件，最终蛋白截留率为81.78%。隋玉杰[20]使用截留分子量为6000 Da的超滤膜将玉米蛋白水解物进行膜分离，得到了MW≥6000的膜截留物以及MW<6000的膜透过物。

4.2.1.2 纳滤分离法

纳滤是膜孔径为几个纳米、截留分子量在80～1000 Da，介于反渗透和超滤之间的压力驱动的膜分离过程[21]。

纳滤多用于分离相对分子质量较小的物质，如无机盐、葡萄糖或蔗糖等小分子物质。陆启明[22]使用纳滤技术对玉米胚芽肽液进行脱盐，实验表明：纳滤膜截留分子量越大，脱盐效率越高，但是，低聚肽的回收率越低。所以综合考虑，实验选用截留分子量1000 Da的纳滤膜处理多肽透析液以保证90%以上的低聚肽回收率。

4.2.1.3 微滤分离法

微滤的过滤粒径为0.025～10 μm，能截留0.1～1 μm之间的颗粒。微滤膜允许大分子有机物和无机盐等通过，能阻挡悬浮物、部分细菌病毒及大尺度的胶体。王海修等[23]对玉米进行深加工，在提取玉米醇溶蛋白时，通过微滤膜过滤玉米麸质粉浸提液，得到的微滤液再进行超滤，可以有效地减少悬浮物的存在；在玉米油的加工制作中，采用微滤技术进行脱蜡和催化剂的回收。

在现代生产实践中，有时单独的一种膜分离并不能达到实验要求，所以实验研究人员也连续使用多种膜分离技术来满足需求。王海修等改进传统玉米油加工技术，在传统提油工艺中加入了膜分离技术，工艺路线如下：

原料处理→溶剂提取→超滤脱胶→反渗透或纳滤回收溶剂→粗油→纳滤脱酸→微滤脱蜡→微滤回收催化剂→脱臭→精炼→灌装油。

通过加入超滤脱胶、纳滤脱酸、反渗透或纳滤回收溶剂、超滤、纳滤或反渗透来处理废水等步骤，可以有效提高效率，改善资源浪费、环境污染的现状。但是像这样滤膜的大量使用，也将挑战摆在眼前，减少膜污染、增大过滤通量、延长膜寿命都是必须要考虑的问题。

膜分离技术作为玉米产品深加工的新型技术，经常与多种技术相结合作用，以弱化膜污染带来的分离纯化效率低等问题。隋玉杰等制备玉米醒酒肽，使用超滤膜过滤玉米肽液，得到的超滤液再进行葡聚糖凝胶柱层析、色谱分离，冷冻干燥得到固形物，过离子交换柱得到脱盐肽，再进行RP-HPLC进一步分离得到对·OH抑制能力高的玉米活性肽。

4.2.2 色谱分离法

色谱分离技术，利用混合溶剂中的各组分在固定相和流动相体系中分配系数的不同，在两相做相对运动时，借助一定推力，使各组分先后流出，根据滞留时间分离物质的各组分。在蛋白质的纯化分离实验中，色谱分离技术是非常重要且常用的手段。

4.2.2.1 凝胶过滤色谱

凝胶过滤色谱是一种基于分子筛效益，以凝胶为固定相，根据溶质相对分子质量的差别进行分离的技术手段。优点是操作条件温和，参数少，蛋白质活性收率高，易于规模扩大。

杨翠等[24]制备玉米谷蛋白抗氧化肽，将超滤分离制得的多肽液样品冻干进行凝胶过滤层析，样品经洗脱，将不同洗脱峰分别收集起来浓缩，经检测具有较高的DPPH自由基清除活性。胡二坤等研究了色谱分离条件对玉米蛋白酶解物分离纯化的影响，确定在最优的洗脱速度、样品浓度和样品体积时的分离效果最佳，此时产物中小分子的肽段所占比例最高。

4.2.2.2 高效液相色谱

高效液相色谱是近年来发展迅猛的一项分离技术，通过一个高压输液系统，将不同极性的各组分在色谱柱中进行分离，从而实现对样品的分析。高效液相色谱可以用来分离热稳定差、具有生理活性的物质，在核酸、肽类、表面活性剂、抗氧化剂等物质的分析过程中应用广泛。但现在利用高效液相色谱对玉米胚芽多肽分离的应用还不是特别的广泛。

高艳华等[25]在制备高F值低聚肽的生产工艺中，用高效液相色谱测定多肽含量，结合氨基酸自动分析仪测出低聚肽分子量集中在200～1500 Da，F值为21.4，低聚肽含量>70%。杨翠等对凝胶过滤层析液进行反向高效液相色谱分离，将抗氧化肽分布范围锁定在3个组分的主要洗脱峰，为进一步抗氧化机理的研究奠定了基础。

4.2.2.3 离子交换色谱

离子交换色谱综合了离子交换原理和液相色谱技术，能将溶液中能够电离的物质分离，包括无机离子混合物以及氨基酸、核酸、蛋白质等有机生物大分子。

喇文军等[26]以玉米蛋白为原料，通过离子交换色谱制备高活性、高纯度的降血压肽。在最佳的色谱条件下制得能抑制ACE活性90%的玉米降血压肽。樊红秀[27]用阴离子交换层析制备组氨酸-脯氨酸环二肽(CHP)，分离出富含CHP前体二肽的酶解物，得到4个洗脱组分，再进行进一步的凝胶色谱分析以及反向高效液相色谱分析，得到纯度较高的CHP前体物质。

4.2.2.4 大孔树脂吸附

大孔吸附树脂利用高分子吸附树脂的大孔结构，从溶液中有选择地吸附有机物质以达到分离纯化目的。

Pihlanto A等[28]制备活性肽和活性蛋白，筛选出最优的脱盐纯化条件。经DA201-C型大孔树脂脱盐纯化的免疫活性肽显示出对小鼠脾淋巴细胞增殖能力的促进作用，且有剂量依赖性。朱志红等纯化液态发酵的玉米大豆复合肽时，选用DA201-C型大孔吸附树脂对粗提液进行静态吸附和动态解吸的研究。结果表明，DA201-C型大孔吸附树脂对玉米大豆复合肽有较好的纯化分离效果。

色谱分离技术在玉米胚芽多肽的分离纯化过程中有时也不是单独使用的，多种分离纯化技术协同使用以达到分级分离的目的。

5 玉米胚芽多肽的精制

5.1 脱色

玉米胚芽多肽在制备过程中，由于色素的存在，经过酶解后，颜色一般会加深，同时又存在一定程度上的褐变，所以进行脱色处理有助于改善多肽粉的色泽和品质。活性炭吸附脱色是工业上常用的脱色方法。胡宇航等对玉米肽的精制脱色，确定最佳的工艺条件(50 ℃，pH 3.5，活性炭用量1.5 g/dL，脱色时间45 min)，玉米肽的得率为77.86%，脱色率为87.27%。

5.2 脱苦

玉米胚芽蛋白的酶解过程中，在蛋白酶的作用下，引起蛋白质相对分子质量或肽链长度的改变，暴露出部分疏水性氨基酸，从而产生苦味，这种苦味的形成与肽的水解程度有很大的关系[29]。玉米胚芽多肽生产过程中的苦味会影响其后续的加工以及产品的口感。杨羿在玉米肽风味控制技术的研究中，使用葡聚糖凝胶层析，筛选出具有低苦味值的玉米肽。最终得到了苦味值0.2、分子量集中在6000～8000 Da的无苦味的高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开发潜力，而我国对于玉米胚芽产品的工业化、商品化的生产还有很大的提升空间。通过对玉米蛋白的水解，得到具有不同生物活性的多肽分子，进而制备具备不同功能的医用玉米胚芽食品。虽然我国有丰富的蛋白质资源，但国内对玉米胚芽多肽生理活性作用机理的研究还不太完善，因此如何进一步改进技术、提高资源利用率是日后的研究重点。总之，玉米胚芽多肽已经得到了广泛的关注，并且将会在医用、食品领域有更广阔的发展空间。