玉米高F值低聚肽的生理功能及其制備工藝

金英姿

（新疆輕工職業技術學院，新疆烏魯木齊830021）

高F值低聚肽（或高支低芳寡肽）是蛋白質酶解得到的由3個～6個氨基酸組成的寡肽，其支鏈氨基酸（BCAA，即亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸等）與芳香族氨基酸（AAA，即酪氨酸、苯丙氨酸等）的摩爾比值在20以上[1]，具有抗疲勞、改善病人的蛋白質營養狀況、輔助治療肝性腦病、降低血清膽固醇以及治療苯丙酮尿癥等功能[2-4]。高F值低聚肽是一種具有高支鏈氨基酸含量和低芳香族氨基酸含量組成的小肽體系，其獨特的氨基酸組成和特有的生理功能引起食品界和醫藥界的廣泛關注[5]。現代營養學研究發現，人類攝食蛋白質經消化作用后，不僅以氨基酸的形式吸收，更多的是以低分子肽的形式吸收，低聚肽（尤其是三肽或四肽）比游離氨基酸消化更快、吸收更多，表明肽的生物效價和營養價值比游離氨基酸更高[6]。

玉米蛋白粉是玉米濕法淀粉廠生產淀粉后的主要副產物，含有豐富的蛋白質（蛋白質含量60%以上），就氨基酸組成而言，它的支鏈氨基酸含量很高，其含量為常見糧、谷、豆類蛋白中最高，達24%左右。但玉米蛋白缺乏賴氨酸、色氨酸等必須氨基酸，水溶性差，使其利用價值較低，大大限制了蛋白質功能性質的發揮和應用[7]。目前，國內的玉米蛋白絕大多數作為動物飼料，或直接排放[8-9]，沒有有效利用，造成蛋白資源的很大浪費。但利用現代生物技術制成各種生物活性肽，開發功能食品的添加劑和特殊功能的天然藥物，有利提升玉米蛋白高附加值，提高玉米資源的利用率。

1 玉米高F值低聚肽的生理功能

1.1 抗疲勞作用

疲勞是機體復雜的生理生化變化過程。疲勞時，肌肉中的乳酸很快滲透進入血液，使血乳酸含量上升，直到肌乳酸與血乳酸之間濃度達到平衡。當機體疲勞時，機體組織的肌肉蛋白質和酶開始分解而使機體受損。支鏈氨基酸主要在肌肉組織中氧化，是體內重要的供能物質，在特殊的應急情況下支鏈氨基酸可直接向肌肉提供能量，所以產生的乳酸少，則酵解過程中產生的乳酸不容易在肌肉中積累，從而延緩疲勞產生。同時，在運動恢復期，能夠迅速消除肌肉中過多的乳酸，即能夠較快消除疲勞。低聚肽能使機體耐力增加，對運動負荷適應能力提高[10]。對于高強度工作者、運動員及時補充支鏈氨基酸，可使機體更快適應高強度的工作、訓練和比賽。通過動物實驗證明，高F值寡肽混合物由于可直接在肌肉中代謝供能，具有抗疲勞的作用[2]。

1.2 改善病人的蛋白質營養狀況

支鏈氨基酸具有促進氮儲留和蛋白質合成的作用，而且還是體內重要的供能物質。因此，補充外源性支鏈氨基酸可節省來自肌肉蛋白質分解的內源性支鏈氨基酸，具有節氮作用。同時由于低聚肽在腸道內易消化和吸收，可作為腸道營養劑，患者直接從口、胃送入這種營養物能更迅速地恢復正常營養狀態。手術后和臥床病人機體往往處于負氮平衡狀態，即蛋白質合成代謝減弱，而蛋白質分解代謝增強，同時，血漿中氨基酸模式也發生改變。臨床上應用高F值制劑，可使其機體的總體蛋白質合成得到改善，并可改變BCAA/AAA 的比值[6，11-12]。

1.3 可輔助治療肝性腦病

肝性腦病（Hepatic Encephalopathy）又稱肝昏迷，即由于嚴重肝病引起的中樞神經系統功能紊亂，患者出現一系列神經精神病狀，直至進入昏迷[13]。由于支鏈氨基酸主要是由肌肉同化，而芳香族氨基酸則是在肝臟同化，當肝臟病變時，芳香族氨基酸的同化受阻，而支鏈氨基酸則因氧化加速而消耗更為加快，因此肝臟病人必然產生支鏈氨基酸缺乏和芳香族氨基酸過多癥，形成低支高芳的病態血漿模式。正常人的血漿F值為3.5～4.0，肝病患者一般低于2.5，肝昏迷患者則低于1.2，深度昏迷患者甚至低于0.8[4]。大量的動物實驗和臨床證明，注射或口服高F值氨基酸混合物可使病人血中BCAA/AAA接近或大于3，并能有效地維持血中BCAA的濃度，從而糾正血腦中氨基酸的病態模式，改善肝昏迷程度和精神狀態。國外報道高支低芳寡肽制劑可供臨床應用，具有良好效果[11]。

1.4 治療苯丙酮尿癥

苯丙酮尿癥是一種較常見的先天性氨基酸代謝紊亂的遺傳病，患兒尿液中呈現大量苯丙酮酸等代謝產物，主要是其體內缺乏苯丙氨酸羥化酶，使苯丙氨酸不能轉化為酪氨酸或生產量較少，而轉化為苯丙酮酸、苯乙酸，而大量苯丙氨酸在血液、腦、脊液中積聚，與其代謝產物苯丙酮酸、苯乙酸對神經系統會造成不同程度損害。高F值低聚肽屬于低含量苯丙氨酸的寡肽混合物，適合苯丙酮尿癥患者飲食治療[14-15]。

1.5 降低血清膽固醇

降低血清膽固醇濃度方法之一是抑制膽汁酸吸收，促進類甾醇從糞便中排泄，如富含亮氨酸等支鏈氨基酸的高F值低聚肽，能刺激腸高血糖素分泌，從而降低血清膽固醇，同時這類肽還會增加甲狀腺素分泌，造成內源性膽固醇代謝亢進，增加糞便中類甾醇的排泄量，降低血清膽固醇濃度。通常植物性蛋白質具有抑制膽固醇上升作用，玉米高F值低聚肽是由玉米蛋白制得，具有降低膽固醇作用[16]。

1.6 其他

高F值低聚肽能提高血液中丙氨酸和亮氨酸濃度產生穩定的NAD+，達到有效降低血中的乙醇濃度，緩解酒醉作用[17]；高F值低聚肽相對分子量較低（分子量低于1 200），具有較低的抗原性，不會引起過敏反應，適合對牛乳蛋白或大豆蛋白有過敏反應的人群（嬰幼兒）[14]；高含量支鏈氨基酸制劑還能緩解和減輕運動障礙性疾病病情，降低血糖[18]；此外，高F值寡肽還有抗缺氧和抑制癌細胞增殖[11]等作用。

2 玉米高F值低聚肽制備

2.1 制備工藝路線

玉米蛋白→粉碎→脫脂脫雜→前處理→第一次酶解→滅酶→第二次酶解→滅酶→分離→去除AAA→脫鹽→濃縮→干燥→產品。

2.2 操作要點

2.2.1 玉米蛋白脫脂脫雜處理

玉米蛋白粉除有蛋白質外，還含有淀粉、脂肪、胡蘿卜素、灰分和水分，利用超臨界CO2流體萃取技術進行脫脂及脫異雜味物質處理，使得到的玉米蛋白粉中蛋白質含量增加，有利于酶水解的進行。如采用CO2流量25 L/h，萃取壓力為20 MPa，萃取溫度為45℃，進行萃取時間160 min，通過對玉米蛋白進行脫脂脫雜處理，玉米蛋白的蛋白質含量達90%以上、脂肪含量1.0%以下[19]。

2.2.2 前處理（增溶）

玉米蛋白質分子具有十分緊密的立體結構，由于氫鍵、疏水鍵、二硫鍵等作用，使肽鏈卷曲于蛋白分子內部近似于球狀，疏水性強，如果直接進行水解，玉米蛋白的水解度是很低的。因此，在進行酶解之前，必須對玉米蛋白進行適當的處理，如采用還原劑處理法、加熱法、剪切乳化法、堿性條件可在不同程度上提高玉米蛋白的溶解度，通過處理使蛋白質緊密結構變得松散，增加蛋白質溶解度，有利于蛋白酶的作用，提高水解度[5，20]。有研究采用0.10%亞硫酸鈉作還原劑，pH 10.0，90℃處理15 min可使玉米蛋白溶解度達到14.24%[5，20-21]。

2.2.3 雙酶水解

制備玉米高F值低聚肽的酶解一般分兩步，首先采用堿性蛋白酶進行第一次酶解，經資料研究表明，堿性蛋白酶對玉米蛋白的水解作用最強，即在堿性條件下，玉米蛋白的溶解度最大，并且堿性蛋白酶主要斷裂疏水氨基酸的C端，而疏水氨基酸在終端比在中間苦味小，第一次水解蛋白質要求水解發生在特定的位置，使得切下的肽段的N-末端或C-末端為芳香族氨基酸。要得到支鏈氨基酸高而芳香族氨基酸低的低聚肽，第二次水解的蛋白酶選擇釋放芳香族氨基酸的蛋白酶，有肌動蛋白酶、木瓜蛋白酶、鏈霉蛋白酶，其中鏈霉蛋白酶價格昂貴，故一般從經濟角度考慮選擇木瓜蛋白酶，利用木瓜蛋白酶切斷寡肽肽段芳香族氨基酸旁的肽鍵，釋放出芳香族氨基酸，以便于后續工藝將其除去[1，16]。

2.2.4 分離純化

為了提高F值，必須從寡肽混合物中去除AAA，目前分離氨基酸和肽的方法，如凝膠過濾法、離子交換法、活性炭吸附色譜法、膜分離法等。從工業應用方面考慮，活性炭吸附色譜法易于實現工業化生產，操作簡單、產品得率高，而且活性炭可以再生利用、成本低、容易獲得。活性炭對各種氨基酸吸附強度不同，對苯丙氨酸、酪氨酸有選擇性吸附特性，可將寡肽和芳香族氨基酸分離，還可吸附酶解液中的黃色素。另外，蛋白質酶解過程中會產生呈苦味肽，而活性炭吸附色譜對寡肽溶液還有一定的脫苦作用[22]。

2.2.5 濃縮、干燥

低聚肽溶液采用離子交換法進行除鹽，經超高溫瞬時殺菌，真空濃縮，然后噴霧干燥，即可得到高F值低聚肽產品。

3 玉米高F值低聚肽的應用

利用玉米高F值低聚肽可進一步開發系列功能性食品，如作為肝臟疾病病人的營養食品；作為手術后的病人和腸胃功能失調患者、消化功能較弱的老年人和嬰幼兒等的營養保健食品；可針對高血清膽固醇患者開發降血脂的保健食品；可開發運動員食品，作為高強度工作者及運動員的食品營養強化劑，運動員食用高F值低聚肽食品能較快消除疲勞，恢復和增強體力；開發低苯丙氨酸食品，適合苯丙酮尿癥患者飲食治療；針對兒童對蛋白質過敏的情況，還可開發適合兒童的蛋白營養補充劑；另外，還可開發醒酒食品等[16，18]。隨著對高F值低聚肽研究的不斷深入，將開發出越來越多的各種功能性食品。

4 結論

玉米高F值低聚肽是一種重要的功能性食品基料，因其具有獨特的氨基酸組成和生理功能，已成為功能性食品添加劑和肽類藥物開發和應用的熱點。目前，對玉米高F值低聚肽的研究很多，但是在生產工藝過程中仍存在問題，如工藝復雜、生產成本高、純化方法等。因此開展玉米高F值低聚肽的研究具有廣闊的市場前景，它的開發應用對提高玉米蛋白資源的深加工和玉米資源的利用，促進玉米產業的發展具有重要意義。

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