微生物发酵法制备乳源生物活性肽研究进展

2024-04-22 06:00:00 中国食品报

  生物活性肽是由短氨基酸序列组成的特异性蛋白质片段,存在于各种富含蛋白质的食物中,具有广泛的生物功能,包括抗菌、抑制血管紧张素转化酶(ACE)等,并具有特异性高、毒性低、结构多样性高和分子质量低等特点。乳源生物活性肽具有活性强、易制备、安全性高等优点,在发酵乳制品中的生理功能也在不断被发现。

  生物活性肽在食品蛋白中的释放主要是通过酶解法、微生物发酵法和化学法,这些方法主要是通过酶、微生物和化学试剂等作用来分解蛋白质,进而释放功能肽。

  近年来,带有生物活性标签的发酵食品越来越受到消费者的青睐。释放以非活性形式存在于乳蛋白中的生物活性肽主要通过以下3种方式:利用胃蛋白酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶等消化酶酶解;用蛋白水解起始培养物进行发酵;由源自蛋白水解微生物的酶进行蛋白水解。微生物发酵法是利用微生物发酵过程中产生的复合酶系将大分子蛋白分解为小分子蛋白,在微生物的作用下肽基团发生修饰和重组,进而获得生物活性肽的一种生物技术。在这种肽的制备方法中,通常使用的微生物是具有高蛋白酶活性和多种肽酶的乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌和霉菌,它们可以存在于基质中或作为添加的起始培养物。然而,由于每种微生物蛋白水解系统的独特性,它们发酵的最终结果也不同。

乳酸菌发酵法

  乳酸菌因其具有高效的蛋白水解系统以及对不同环境和底物的高度适应性,被认为是获得生物活性肽最有价值的微生物之一。乳酸菌的蛋白水解系统由细胞壁蛋白酶和许多不同的细胞内肽酶组成,包括内肽酶、氨基肽酶、二肽酶和三肽酶,通过该系统水解产生的肽表现出抗菌、抗炎、ACE抑制、免疫调节等各种生物活性。目前,我国通过益生菌发酵产生生物活性肽方面的研究起步较晚,因此通过乳酸菌发酵法制备乳源生物活性肽是很有意义的探索。

  干酪乳杆菌作为一种很有前景的功能性菌株,能够提升乳制品对人的健康益处。乳酸乳球菌可以取代商业发酵剂用于生产发酵乳制品,是最重要的乳酸菌之一。有研究通过体内实验研究了乳酸乳球菌发酵乳对自发性高血压大鼠的降血压和降血脂作用,结果表明,连续食用由乳酸乳球菌NRRL B-50571和乳酸乳球菌NRRL B-50572发酵的牛乳可以降低自发性高血压大鼠的收缩压和舒张压,饮用乳酸菌发酵牛乳3周后,自发性高血压大鼠的收缩压和舒张压分别降低了23.3mmHg和49.8mmHg,同时乳酸菌发酵乳也可以降低自发性高血压大鼠血浆低密度脂蛋白、胆固醇和甘油三酯的含量。这些结果表明,由乳酸菌发酵的牛乳可以用作功能性食品改善心血管健康。

  羊乳有多种健康益处,在消化性、酸碱性和缓冲能力方面与牛乳不同。我国目前对于羊乳资源的开发利用主要停留在乳粉和液态乳开发层面。

  研究人员以2,2-联苯基-1-苦基肼基(DPPH)自由基清除率作为检测指标,筛选能够在发酵羊乳后高产抗氧化肽的乳杆菌菌株。结果表明,植物乳杆菌L60发酵后的羊乳DPPH自由基清除率达到了69.14%,具有较高的产抗氧化肽能力。同时,植物乳杆菌也是具有抗高血压活性的潜在菌株。有研究人员从内蒙古发酵牛乳中分离得到了具有高ACE抑制活性的植物乳杆菌69,使用植物乳杆菌69发酵的羊乳ACE抑制活性达到88.91%,显示出了较高的抗高血压能力。除了植物乳杆菌外,经发酵乳杆菌KGL4发酵后的羊乳抗氧化和抗菌活性随着发酵时间的延长而增强。并且使用具有良好蛋白水解活性的干酪乳杆菌NK9和发酵乳杆菌LF发酵的羊乳也表现出一定的ACE抑制活性,利用这两种潜在的乳杆菌培养物发酵羊乳可能成为ACE抑制肽的新来源。

  骆驼乳在营养成分方面更接近人乳,蛋白质构成比例合理,具有多种生物活性物质,不含有致敏性的β-乳球蛋白,可作为牛乳过敏人群的替代乳。

  骆驼乳蛋白质中酪蛋白占总蛋白质含量的61.8%—88.5%,其中β-酪蛋白含量远高于牛乳,同时酪蛋白也是骆驼乳中生产生物活性肽的主要来源。与发酵牛乳相比,发酵骆驼乳对健康的促进作用更高。驼乳抗氧化肽的制备主要采用酶解的方式,但近年来一些研究则利用发酵菌株以提高其蛋白水解产物的抗氧化活性,其中乳酸菌发酵对骆驼乳的抗氧化活性和ACE抑制活性有很大影响。

  目前,对乳源抗菌肽的研究主要集中于牛乳和羊乳,有关驼乳抗菌肽的研究较少。驼乳含有重要的抗菌成分,如免疫球蛋白、乳铁蛋白和溶菌酶等保护性蛋白,近年来学者们又对这些蛋白进行水解,研究了水解后抗菌活性的变化。研究表明,用植物乳杆菌IS10发酵骆驼乳24小时后得到了7种新型多肽,这些肽对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌亚种显示出较强的抗菌活性。

芽孢杆菌发酵法

  芽孢杆菌由于其发酵周期短、生长速率高和高产蛋白酶的特性,被认为是工业发酵中生产食品商业蛋白酶的主要细菌。其中枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌等的GRAS特性,使其在工业生产中更具吸引力。枯草芽孢杆菌可以有效水解乳蛋白,利用枯草芽孢杆菌发酵法生产乳蛋白肽有着较好的应用前景。此外,蜡样芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、霉菌芽孢杆菌等菌株均能有效水解酪蛋白,其中蜡样芽孢杆菌和苏云金芽孢杆菌发酵酪蛋白后产生了两种新型抗菌肽,抗菌实验结果表明,该肽对婴幼儿配方乳粉中的病原体阪崎肠杆菌具有显著的抑制活性。

酵母菌发酵法

  酵母菌在乳品(Kefir、酸马奶、酸驼奶等)中发挥着重要作用,它们不仅可以代谢多种牛奶成分,赋予发酵乳独特的风味特征,同时还能水解乳蛋白产生生物活性肽。酵母菌,如马克斯克鲁维酵母、酿酒酵母菌,具有一组可降解蛋白质的蛋白酶和肽酶,它们主要用于在乳制品中分解乳蛋白并获得的肽和氨基酸。研究表明,一些酵母菌具有比乳酸菌更高的蛋白水解活性,并表现出强大的肽酶活性,在降解β-酪蛋白衍生肽方面比瑞士乳杆菌更有效。

  工业中常使用富含益生菌微生物的发酵剂,以获得与传统方法制备的发酵乳相同的化学和功能特性,而酵母菌的益生作用以及分泌细胞外生物活性代谢物(如肽等)的能力可以增加发酵乳的功能。另外,酵母菌的羧肽酶和氨基肽酶在牛奶蛋白水解中也起着重要作用,这可能会产生新的生物活性肽。

  此外,酵母菌的高蛋白水解活性可产生芳香前体,从而形成许多芳香化合物,进而直接影响发酵乳制品的风味或充当风味前体。

霉菌发酵法

  一些真菌如埃及曲霉和米曲霉在制备生物活性肽方面具有重要应用,这些真菌虽没有像乳酸菌那样的蛋白水解系统,但它们含有各种蛋白酶,通过肽键的断裂参与蛋白质的水解,进而获得生物活性肽。

  霉菌中的米曲霉能产生多种蛋白酶,包括酸性蛋白酶、碱性蛋白酶和中性蛋白酶,且蛋白酶专一性不强,在蛋白酶系的作用下,米曲霉可以将植物或动物源的多种蛋白质降解为蛋白胨、肽和氨基酸。

乳源生物活性肽的应用现状及展望

  乳源生物活性肽因其潜在的健康益处,多被应用于功能性食品或膳食补充剂中,同时乳源蛋白因来源广泛、价格低廉等特点也使乳源生物活性肽在应用方面具有广阔的前景。例如添加了乳源降压肽的乳制品在美国、日本、荷兰等国家均已上市;在婴幼儿配方乳粉中添加适量的乳源抗菌肽有助于提高婴幼儿对病原微生物的抵抗力,抗菌肽还能在婴幼儿的肠道中发挥着抗菌与提高免疫力的作用。除此之外,具有促进骨骼发育、预防骨质疏松作用的酪蛋白磷酸肽也被广泛应用在儿童或中老年保健食品、功能性食品中。

  使用发酵法制备乳源生物活性肽时,不同微生物蛋白酶的差异化导致了生物活性肽的多样性。目前,乳蛋白中新的生物活性肽及其在发酵乳制品中的生理功能仍在不断扩增,制备工艺的高效性和安全性是实现生物活性肽产业化的关键因素,在后续的发展过程中应以研究和理论为基础,将各种乳源生物活性肽表现出的促健康作用标准化、产品化。

  此外,虽然很多研究表明摄入乳源生物活性肽有利于维持人体健康,但肽在人体内的应用仍然存在着一些潜在的生物学问题,例如其在人体中的稳定性、生物利用度和功效等问题。大量鉴定出来的乳源生物活性肽还仅停留在研究阶段,对其活性的研究局限于体外模型,体内活性研究较少,同时也缺乏对活性肽作用机制的研究,肽的构效关系也有待阐明。解决这些问题可以使人们更加充分地理解乳源生物活性肽在人体健康中的作用,并有望从乳蛋白中提取出新的生物活性肽。随着研究的不断深入,乳源生物活性肽的研究前景和方向将更加广阔,并对食品和医疗保健行业产生重大影响。

  (李思怡  姜雨彤  姜淑娟)

 

  《中国食品报》(2024年04月21日06版)

  (责编:杨晓晶)

 

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