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《食品科学》:自然资源部第三海洋研究所洪碧红教授级
发布时间:2024-03-24   | 作者:杏彩体育 阅读次数: 17

  食源性活性肽(FBPs)是指由食物蛋白水解产生的各种氨基酸序列片段,通常由2~20 个氨基酸组成,分子质量小于6 kDa。FBPs不仅营养丰富,同时具有免疫调节、缓解疲劳、抗氧化、降血压等重要生理功效,在预防和减轻各种慢性疾病中起积极作用,引起了人们广泛的关注。 目前,国内外对于FBPs的研究主要集中在制备技术和生物学功能等方面,并取得了不错的进展,但这些基础研究向实际应用转化率较低。

  福建农林大学食品科学学院的陈梅香和自然资源部第三海洋研究所 海洋生物资源开发利用工程技术创新中心的张洋、洪碧红*等人 讨论了制约FBPs在食品工业中有效利用的主要因素,汇集分析了脂质体、乳液、聚合物纳米颗粒、水凝胶这4 种递送系统在包埋、保护和递送FBPs中的应用进展,总结了FBPs递送系统所面临的问题,同时对其未来研究重点提出建议。

  FBPs在前体蛋白质结构中不活跃,需要经外源性蛋白或内源性蛋白酶水解、化学水解或微生物发酵等方式从食物蛋白质中释放出来才能发挥作用(图1)。FBPs的蛋白来源丰富,根据蛋白属性可分为3 类——植物源、动物源和微生物源。植物源蛋白大多来自谷物和蔬果,研究较多的有玉米蛋白、核桃蛋白、大豆蛋白等;动物源蛋白主要来自禽肉、蛋、乳制品、昆虫和海洋生物,如牛奶、鸡肉、罗非鱼等;来自微生物的FBPs相对较少,主要来自菌类和藻类,如酵母、纳豆芽孢杆菌、螺旋藻等。由于蛋白结构的复杂性,不同蛋白来源FBPs的生物活性各不相同,这些FBPs具有安全性高、成本低等共同优点,是现代保健食品和药物开发不可或缺的组分。

  食物蛋白水解后产生的FBPs呈甜味、鲜味、咸味和苦味等滋味,从而赋予产品丰富的口感和味道。其中,苦味在很大程度上影响了产品的感官品质,降低了消费者的接受度和购买意愿。FBPs产生的苦味与多种因素有关。疏水性氨基酸是影响FBPs苦味的重要因素,二者呈正相关。但疏水性氨基酸对FBPs的活性具有重要影响,大多数抗氧化肽和血管紧张素转换酶(ACE)抑制肽中通常含有丰富的疏水性氨基酸。

  目前,降低FBPs苦味的方法包括进一步水解肽段、膜分离及色谱分离已知的苦味肽等。但这些方法在一定程度上会破坏FBPs的生物活性,且在实际应用中存在生产成本过高等问题,产业化开发应用中可行性低。

  在生产加工及贮运期间FBPs不可避免地暴露在各种环境条件下,其稳定性受到多种因素的影响(图2)。

  热处理(如蒸煮、热灭菌和干燥等)是食品生产中的重要步骤,但高温会导致FBPs的结构和构象发生改变,使FBPs的生物活性降低。

  加工和贮运过程中溶液的pH环境是影响FBPs稳定性的另一个重要因素。一般来说,不同蛋白来源的肽具有不同的适宜pH值范围,在这个pH值范围内FBPs的结构和活性相对稳定;而在强酸或强碱溶液环境中,FBPs可能会进一步水解、发生消旋或脱酰胺反应。

  FBPs在食品生产各个阶段中可能会接触到一些金属容器,或同其他富含金属离子的原辅料一起加工。金属离子的加入会改变FBPs溶液的电荷,诱导FBPs与其形成复合物,对FBPs的稳定性具有一定的影响。

  除了上述几个主要的影响因素外,氧气及环境湿度也是影响FBPs稳定性的重要因素。FBPs大多以喷雾干燥或冷冻干燥制备的粉末形式贮存,但这些干燥的粉末普遍具有较强的吸湿性,暴露在空气中容易吸湿,出现结块发黏、液化、等现象,造成肽粉发生变质、营养损失、感官品质下降等不良后果。因此,为了充分发挥FBPs在食品工业中的应用价值,有必要提高其在加工及贮运过程中的稳定性。

  经口服摄入FBPs的方式具备便捷、可接受度高等优势。研究指出FBPs口服摄入后须以完整的、具有活性的结构片段进入血液循环到达作用靶点,且积累到一定量时才能在体内真正发挥促健康作用。然而,FBPs在这个过程中会受到一系列生化屏障和物理屏障的阻碍(图3),使得FBPs的结构和生物学特性发生不同程度的改变,最终导致其在体内的生物利用度较低。胃肠道中pH值及各种消化酶(淀粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、羧肽酶和氨肽酶等)是FBPs主要的生化屏障。

  肠上皮屏障是影响FBPs吸收的重要物理屏障,FBPs被肠上皮细胞完整转运吸收的可能途径包括:1)细胞旁路转运,即肽分子经被动转运通过肠上皮细胞之间的细胞间隙,是带负电荷、亲水性肽的首选途径;2)跨细胞被动扩散,即肽分子从细胞内向基底外测膜扩散,该途径适用于某些带正电荷、疏水性肽;3)寡肽转运体1(PepT1)介导转运,PepT1是存在于肠上皮细胞的一种特异性载体蛋白,优选结合短链(二肽和三肽)、带中性电荷肽及疏水性寡肽,如ACE抑制肽IPP、LKP和IQW;4)胞吞转运,适用于一些长链、带正电荷、疏水性的肽,它们与肠上皮细胞细胞膜相互作用,形成囊泡转运进入细胞内,如油菜籽衍生肽YWDHNNPQIR。尽管FBPs能够被肠上皮细胞完整转运吸收的途径多样,但其转运吸收能力普遍较弱。因此,如何提高FBPs在胃肠道消化吸收中的稳定性成为FBPs研究及其高效利用中亟需克服的关键问题。

  FBPs的转运机制和吸收效率除了受自身分子质量、疏水性和净电荷等因素的影响外,食品基质存的其他化合物也会影响FBPs的吸收。Lacroix等研究发现将乳清蛋白源二肽基肽酶-IV(DPP-IV)抑制肽添加到含有无机盐和葡萄糖的基质中时,Caco-2细胞中的肽酶对DPP-IV的降解程度更高。另外,儿茶素被证明可以下调载体蛋白PepT1的表达,导致二肽VY转运吸收量减少。

  递送系统的发展为FBPs稳态化应用提供了一种新途径,其在改善FBPs的分散性、稳定性及提高生物利用度方面展示出独特的优势。每种递送系统的组成结构和功能特性不尽相同,研究者需要根据FBPs的性质和具体加工需求选用合适的递送系统。常见的FBPs递送系统类型如图4所示。表1列举了不同递送系统的制备方法和优缺点。

  脂质体是具有双层膜结构的小球囊泡体。磷脂是制备脂质体的主要材料,其结构包含一个亲水性头部和两个疏水性尾部。当磷脂分子分散在水溶液中时会产生疏水效应,疏水尾与极性环境保持屏蔽并聚集在一起而产生不同区域的极性差异,可用于包埋各种疏水性(磷脂双层膜中)、亲水性(极性水核心)和两亲性(磷脂双层膜与水相界面处)活性组分。胆固醇是脂质体的另一种重要组成成分,其扮演着“缓冲剂”的角色,能够帮助调节磷脂膜的流动性和通透性,以此维持脂质体结构的稳定性。

  脂质体作为FBPs的递送载体,能够保护FBPs免受金属离子、pH值和酶等不利环境因素的影响,延缓FBPs在体内的释放。脂质体的结构与生物膜相似,具有优异的生物相容性、低毒性和低免疫原性等特征,有利于FBPs被高效吸收。宋敬一发现,游离肽在胃液中消化2 h后的释放率达64%,而脂质体的释放率仅为48%。在肠液消化过程中,脂质体的释放率也始终低于同一时间的游离肽,表现出良好的缓释效果,提高了EWPH的生物利用度。

  然而,脂质体在实际应用中也存在着一些缺陷。如脂质体的磷脂膜对高温、离子强度和酶敏感,易发生氧化和水解,导致脂质体囊泡大量聚集、融合和破裂,使得FBPs从脂质体中泄漏。除了添加天然的抗氧化剂外,另一种可行的方法是通过壳聚糖、果胶、聚乙二醇等聚合物对脂质体进行表面修饰,进一步提高脂质体的稳定性和缓释能力。

  乳液是由两种互不混溶的相以及乳化剂按适当比例形成的分散体系。根据乳液结构特点,分为单乳液(O/W、W/O)和双重乳液(W/O/W、O/W/O)。乳液的性能主要受两相组成、乳化剂种类及乳化条件的影响。

  虽然乳液应用于FBPs递送系统的前景乐观,但其中所添加表面活性剂的生物毒性一直是食品工业中颇具争议的问题。而且乳液为非热力学稳定体系,长期放置后会出现絮凝、聚结和奥氏熟化等现象,不宜长期贮存。改变连续相的流变特性能够提高乳液的稳定,在乳液中添加蛋白质或多糖可以增加连续相的黏度,从而抑制乳液中相的迁移运动和液滴聚集。另外,Pickering颗粒(如纤维素颗粒、疏水改性淀粉颗粒、脂质晶体、蛋白质/多糖颗粒、无机颗粒等)也常作为一种稳定剂,其在油相和水相中都具有适当的润湿性,但又不溶于任何一相,可以代替表面活性剂不可逆地吸附在油-水界面处。Pickering乳液是乳液的重要分支,与常规乳液相比,Pickering乳液表现出更高的稳定性和更低的毒性,因此在包埋、保护和递送FBPs方面具有良好的应用前景。

  聚合物纳米颗粒是平均粒径范围在10~1 000 nm的固态胶体微粒。FBPs可以通过化学键合、物理吸附和包埋等方式存在于纳米粒子中,使其得到有效保护并抑制其降解。相比其他的FBPs递送系统,聚合物纳米颗粒的形状、结构、尺寸可调节性更强,表面易于功能化修饰,并且聚合物纳米颗粒体积小,有较大的比表面积,在提高FBPs溶解度、溶出度、黏膜渗透性及减轻其细胞毒性方面展现出独特的优势。

  聚合物纳米颗粒的制备有两种基本方法:一种是“Top down”法,即以机械力作为能量将较大的颗粒分解成较小的纳米级颗粒(物理过程);另一种方法是“Bottom up”。