王明皓，刘建龙，*，史建国，李亮，王谦

（1.山东师范大学生命科学学院，山东济南250014；2.山东省科学院生物研究所，山东济南250014；3.山东省食品发酵工业研究设计院，山东济南250014）

小麦蛋白肽的酶解制备方法及研究进展

王明皓1，刘建龙1，*，史建国2，李亮3，王谦1

（1.山东师范大学生命科学学院，山东济南250014；2.山东省科学院生物研究所，山东济南250014；3.山东省食品发酵工业研究设计院，山东济南250014）

小麦蛋白肽具有多种生物活性，具备很好的保健功能，且具有成本低的优势，因而在功能性食品领域、保健品领域市场前景广阔。其制备方法已由原本制备效果较差的酸水解逐渐转向酶解。综述国内外几种酶解小麦蛋白制备多肽的方法及研究进展。

小麦蛋白；酶解；蛋白肽

小麦蛋白粉又称谷朊粉或活性面筋粉，是以小麦为原料生产的高蛋白产物，蛋白含量大约在80%左右，呈淡黄色，其中所含氨基酸种类较齐全，具有与水稻蛋白、玉蜀黍蛋白不同的功能性[1]，因而是一种营养价值较高、物美价廉的天然植物蛋白源。小麦蛋白粉中的蛋白质主要包括麦谷蛋白、麦醇溶蛋白、清蛋白和球蛋白等，其中麦谷蛋白与麦醇溶蛋白含量较高，可达90%左右。麦谷蛋白分子量为0.1Mu～3.0Mu，呈纤维状；麦醇溶蛋白分子量为30.0 ku～0.1 Mu，呈球状[2]。这两种蛋白因分子内疏水作用区域较大，在水中溶解性较差，限制了其在食品加工中的应用。若对小麦蛋白质进行水解，便可增加其溶解度，扩展其应用，提升产品附加值。

目前其水解方法主要有酸水解和酶解两种方法，酸水解易生成氯丙醇且可能会使小麦蛋白粉中的非蛋白氮水解成氨类及醛酮类而使风味变差，而酶水解小麦蛋白粉不仅能增加溶解度，还能产生数种活性肽，具有参与机体免疫调节、降血压、促进矿物质吸收、抗血栓等作用[3-5]，研究还显示，多肽在生物体内利用率较游离氨基酸高[6]，故而酶解法具有更佳前景。因此本文综述了国内外几种酶解小麦蛋白制备多肽的方法及进展。

1 胃蛋白酶

小麦蛋白在酸性条件下蛋白质溶解率较高，在胃蛋白酶（Pepsin）的最适pH值条件下，其溶解率可达50%以上，因此采用胃蛋白酶水解具有一定的优势。张锐昌等[7]对胃蛋白酶水解小麦蛋白粉工艺进行了研究，得出胃蛋白酶水解谷朊粉最佳条件为温度37℃、pH 2.0、底物浓度1.0%、加酶量为1.5 kU/g、酶解时间7.0 h。在此条件下蛋白质水解度DH值为7.80%。此研究意在探索使用胃蛋白酶制取小麦蛋白肽的最佳条件，并未考虑制取功能性多肽，但可见若单纯从水解蛋白制备多肽的量的角度来看，胃蛋白酶法制取产量太低，并不适合工业用。本文考虑加进胃蛋白酶法作为备选方法之一，因其水解产物中小分子肽占比非常高，产出的多肽几乎都为小分子肽。王岁楼等[8]研究了胃蛋白酶水解小麦蛋白粉制取分子量较小的多肽，得出最佳条件为温度为35℃、pH 2.0、底物浓度10.0%、酶浓度7.0%、酶解时间3.0 h，在此条件下蛋白质水解度DH值为4.62%，水解产物的分子量均小于7 ku，大多数处于1.4 ku～4.1 ku之间。虽然未见胃蛋白酶法产出蛋白肽的功能性研究，但其产物中高占比的小分子肽决定了胃蛋白酶法在小麦功能性蛋白肽的制备中定有其独特的地位。但胃蛋白酶水解小麦蛋白粉对酸性条件要求较高，如若工业化生产则对设备抗酸能力具有较高要求，这必然会提高生产成本，因而能否从其水解产物中找出高价值的功能性肽就成为了决定该法能否应用于工业生产的决定性因素。

2 中性蛋白酶

中性蛋白酶（Neutrase）水解条件较为温和，不需添加酸碱调节剂，对制取设备抗酸耐碱性要求较低，因而更为环保、成本也更低，利于工业生产。中性蛋白酶法水解小麦蛋白的肽得率高于胃蛋白酶法。

谷中华等[9]研究了中性蛋白酶水解小麦蛋白粉的工艺，得出最佳酶解条件为温度52℃、pH 6.5、底物质量分数为10.0%、加酶量为12 kU/g，酶解时间4.0 h，蛋白质水解度DH值为15.80%，溶解率提升至72.2%，分子量在3 ku以下的肽占总肽的70%左右。N.A.Hardt等[10]的研究表明，高固体浓度不利于酶解，提升溶解率可增加小分子肽含量，因此提升溶解率对酶解有实质上的利好作用，中性蛋白酶水解小麦蛋白可显著提高蛋白溶解率，这是其蛋白水解度显著高于胃蛋白酶法的原因之一，这一特性对工业生产来说有较高价值。有关中性蛋白酶法制取多肽活性的研究可见刘立芳等[11]的研究。其利用中性蛋白酶制备了具有抗氧化性的活性肽，酶解液羟自由基清除率达65%以上，其制备条件为温度52℃、底物浓度8.0%、加酶量2 800 U/g、酶解时间4.7 h左右。抗氧化性肽是近年来对功能性肽研究的热门，其抗氧化的功能性决定了其在保健食品等领域价值较高，因而中性蛋白酶法具有较好的工业利用前景。但其产量低这一不利因素会是限制其应用的最大障碍，有研究使用超声波或微波法在一定程度上能够提升其产量。陈海英等[12]利用200 W超声波使中性蛋白酶水解小麦蛋白的水解度提高了47.93%，并证明了超声波不改变酶解的其他条件。乔晓林等[13]利用540 W功率微波大幅提高中性蛋白酶水解小麦蛋白的水解度，且得出微波作用亦不改变酶解的其他条件。此外，R.Kammoun等[14]研究了中性蛋白酶水解度较低的原因主要是小于1 ku的肽的抑制作用，因此R.Kammoun等建议采用复合蛋白酶作用及连续膜反应器法联合使用解决此问题，从而可使中性蛋白酶水解小麦蛋白的水解度进一步提升。以上方法均不难应用于中性蛋白酶法制取小麦蛋白肽的工业生产当中，且提升产量所带来的价值理应大于相关技术设备的投入。所以中性蛋白酶法值得进一步探索其应用于工业化生产的条件。

3 木瓜蛋白酶

木瓜蛋白酶（Papain）是一种源自番木瓜的天然植物蛋白酶，具有酶活高、热稳定性好、使用安全等优点。其水解条件温和，成本较低。木瓜蛋白酶法的最大优点即是采用天然植物蛋白酶，这在产品推广中必然有很大优势，也是该法的最大价值所在。目前关于木瓜蛋白酶的水解产物活性的研究结果与中性蛋白酶法制取产物类似，亦是抗氧化活性。刘树兴等[15]利用木瓜蛋白酶酶解小麦蛋白粉得到自由基（DPPH）清除率达到96.59%的抗氧化多肽，酶解条件为温度40℃、加酶量125 U/g、酶解时间4.0 h。木瓜蛋白酶法工业应用的最大限制与胃蛋白酶法类似，也是产率问题。付雅丽等[16]在温度60℃、底物浓度4.0%、pH 6.6、酶浓度0.475%条件下，水解度DH值为4.32%。由此可见木瓜蛋白酶法制取小麦蛋白肽的产量实在太低，有关提高其产量的研究目前未可见，需要进一步的研究来支持其工业化应用。

4 碱性蛋白酶

有关碱性蛋白酶（Alcalase）水解小麦蛋白粉的研究较多，主要是因为碱性蛋白酶酶解效果较好，在同样水解度时与胃蛋白酶及中性蛋白酶水解产物的小肽得率对比中发现，使用碱性蛋白酶的水解产物小肽的得率可超过80%，远高于胃蛋白酶及中性蛋白酶[17]，因此碱性蛋白酶法被视为单酶法中最接近工业生产实际应用的方法。有关碱性蛋白酶法制取产物活性的研究可见赵源等[18]的文章，其利用碱性蛋白酶水解小麦蛋白粉水解度可达22.96%，并制备出了抗冻多肽，分子量在8 ku～50 ku之间，此时水解条件为温度55℃、底物浓度9%、pH 8.0、酶浓度4%、酶解时间2.5 h。抗冻多肽具有控制冰晶生长、减少细胞损伤及保持产品原有组织结构、质地和品质的特点和突出意义而成为热点研究主题[19]，若能够用小麦蛋白生产抗冻多肽，其成本优势会很明显，市场前景甚好。另外，陈思思等[20]在乙醇溶液中用碱性蛋白酶酶解小麦蛋白粉制备谷氨酰胺肽，得出乙醇溶液中有利于谷氨酰胺的制备，得到酰胺氮含量为3.07 mmol/g，最佳条件为温度47.5℃、底物浓度14%、加酶量7 kU/g、酶解时间3.5 h、乙醇浓度40%。谷氨酰胺肽在医学中已被证明用途广泛，如对小肠粘膜修复效果显著等[21]，使用小麦蛋白制取谷氨酰胺肽不失为一件利事。需要补充的是：张弦等[22]制备固定化碱性蛋白酶水解谷朊粉，发现固定化并不能改变水解度，但固定化碱性蛋白酶酶活力保留比较高。这使采用碱性蛋白酶制取小麦活性肽的工业应用更近了一步，该法也是工业制取小麦活性肽最成熟最可行的单酶法。

5 米曲霉蛋白酶

S.R.Drago等[23]使用一种源自米曲霉（Aspergillus oryzae）的蛋白酶处理经过热处理的小麦蛋白，水解对于pH值的要求不苛刻，最佳pH值范围为6.5～9.0，水解0.5 h，水解度DH值为14.00%，且得到多肽并无苦味。由于较为宽泛的pH值，此项研究对于工业制取小麦蛋白肽具有较大意义，但还缺乏针对其制取的小麦蛋白肽相关功能性的研究。

6 复合酶作用

不同蛋白酶复配的复合酶种类较多，其蛋白酶的最佳作用条件不同，其适宜的作用条件也各有差别，研究适宜的复合酶或酶解时序及工艺控制尤其重要。复合酶法制取小麦蛋白肽产率一般比相应单酶法高，Kingsley K等[24]发现使用糜蛋白酶（chymotrypsin）水解小麦蛋白后使用微生物谷氨酰胺转移酶（MTGase）在55℃条件下处理1.0 h可显著提高小麦蛋白溶解性，从而可提高小麦蛋白肽得率。Brahim Mimouni等[25]使用胃蛋白酶和碱性蛋白酶分步水解小麦蛋白以及使用盐酸脱酰胺后胃蛋白酶与木瓜蛋白酶分步水解小麦蛋白，均发现氮溶指数（NSI）显著提升至90.0%，小麦蛋白肽得率很高。复合酶法不仅产率高，产物活性也颇为多样化，Hirofumi Motoi等[26]使用胃蛋白酶和源自米曲霉的M蛋白酶分步水解小麦蛋白，水解度达到48.80%，并得到活性达51.6%的血管紧张素转化酶抑制肽。血管紧张素转化酶抑制肽在控制高血压方面具有很好的作用，使用小麦蛋白作为原料生产血管紧张素转化酶抑制肽不仅具有广阔的市场，而且也必然是众多高血压患者的福音。复合酶法产物活性也比单酶法高。王章存等[27]对碱性蛋白酶单酶与碱性蛋白酶和风味酶（Flavourzyme）双酶水解小麦蛋白粉进行了对比，发现双酶水解后溶解性显著高于单酶水解，且双酶水解产物的抗氧化性明显高于单酶水解。改变复合酶的单酶配比以及加酶顺序可以得到具有不同活性的多肽。乔晓林等[28]发现用木瓜蛋白酶与碱性蛋白酶分步水解可得到抗氧化能力较强的肽，且加酶顺序对于抗氧化能力有较大影响。复合酶法效果明显要比单酶法好很多，改变酶的配比及添加顺序还可以得到不同活性的产物，其理应还有很多活性产物暂未被发现，但从已知结果来看，复合酶法必然是今后工业生产小麦蛋白肽的重点方法，应该进一步探究，使其尽早应用于工业生产中。

7 结语

随着人民生活条件不断提升，高血压等“富贵病”发病率也逐年攀升。由于药物治疗毒副作用较高，人们对于功能性食品的需求日益增长。活性肽具有的众多生理功能恰恰迎合了大众需要。目前碱性蛋白酶水解小麦蛋白粉制备小肽的得率较高，以碱性蛋白酶和其他酶复合作用水解可进一步提高得率。但制备特定活性肽需用特定酶进行水解，因而如若将碱性蛋白酶与特定酶制备活性肽的优点结合起来，便可得到得率高、活性高的肽，有关此方面的研究值得进一步探索。另外，有关小麦蛋白肽的功能特异性及规模化工业生产也是进一步的研发方向。

小麦在我国种植面积和产量均占谷物产量的1/4以上，原料充裕，小麦深加工符合国家产业政策。但长期以来，小麦深加工业却表现为产业链条短、产品品种少、产品附加值低等现象。因此，小麦深加工业也亟需吻合发展。

[1]PETER S R,ARTHURS T．Biotechnology of wheat quality[J]．Sci Food Agri,1997,73(4)：397-406

[2]Day L,Augustin M A,Batey I L,et al．Wheat-gluten uses and industry needs[J]．Trends in Food Science&Technology,2006,17(2)：82-90

[3] Gauthier S F,Pouliot Y,Saint-Sauveur D．Immunomodulatory peptides obtained by the enzymatic hydrolysis of whey proteins[J]．International Dairy Journal,2006,16(11)：1315-1323

[4] Kapel R,Rahhou E,Lecouturier D,et al．Characterization of an anti－hypertensive peptide from an Alfalfa white protein hydrolysate produced by a continuous enzymatic membrane reactor[J]．Process Biochemistry,2006,41(9)：1961-1966

[5] Miquel E,Alegría A,Barberá R,et al．Casein phosphopeptides released by simulated gastrointestinal digestion of infant formulas and their potential role in mineral binding[J]．International dairy journal,2006,16(9)：992-1000

[6] Jollès P,Caen J P．Parallels between milk clotting and blood clotting：opportunities for milk-derived products[J]．Trends in Food Science&Technology,1991,2(1)：42-43

[7] 张锐昌,徐志宏,刘邻渭．胃蛋白酶水解小麦蛋白工艺的研究[J]．食品与机械,2006,22(1)：59-61

[8] 王岁楼,祝红蕾,张栋.小麦蛋白酶解制备活性多肽的研究[J]．食品科学,2008,29(9)：388-392

[9] 谷中华.面筋蛋白肽的制备及其对小鼠功能特性的影响[D].无锡：江南大学,2014：12-30

[10]Hardt N A,van der Goot A J,Boom R M．Influence of high solid concentrations on enzymatic wheat gluten hydrolysis and resulting functional properties[J]．Journal of Cereal Science,2013,57(3)：531-536

[11]刘立芳,徐怀德,王青林.中性蛋白酶酶解谷朊粉制备抗氧化多肽研究[J].西北农业学报,2008,17(6)：281-285

[12]陈海英,张春红,孙焕,等.超声波对中性蛋白酶酶解谷朊粉影响的研究[J].食品工业科技,2006,27(5)：75-77

[13]乔晓林,刘树兴.微波处理对酶解谷朊粉的影响[J].中国食品添加剂,2014(1)：134-139

[14]Kammoun R,Bejar S,Ellouz R．Protein size distribution and inhibitory effect of wheat hydrolysates on Neutrase?[J]．Bioresource technology,2003,90(3)：249-254

[15]刘树兴,乔晓林.木瓜蛋白酶酶解谷朊粉制备抗氧化多肽的研究[J].食品工业科技,2013,34(21)：167-170

[16]付雅丽,王金水,曾卓.酶解小麦面筋蛋白及其组分功能特性研究[J].食品科技,2008,33(7)：128-131

[17]Kong X,Zhou H,Qian H．Enzymatic hydrolysis of wheat gluten by proteases and properties of the resulting hydrolysates[J]．Food Chemistry,2007,102(3)：759-763

[18]赵源,刘爱国,吴子健,等.碱性蛋白酶酶解谷朊粉制备谷朊粉蛋白多肽的研究[J].食品工业科技,2014,35(18)：216-220

[19]洪晶,汪少芸,吴金鸿,等.食品源抗冻多肽的制备及冰晶抑制作用研究[J].中国食品学报,2013,13(1)：11-18

[20]陈思思,张晖,谷中华,等.乙醇溶液中酶解谷朊粉制备谷氨酰胺肽[J].食品与发酵工业,2014,40(3)：20-24

[21]王延州.小麦蛋白谷氨酰胺肽制备及对肠粘膜损伤修复效果的研究[D].北京：中国农业科学院,2014：22-32

[22]张弦.固定化蛋白酶水解谷朊粉的研究[D].武汉：华中农业大学,2007：10-43

[23]Drago S R,Gonzalez R J.Foaming properties of enzymatically hydrolysed wheat gluten[J]．Innovative Food Science&Emerging Technologies,2000,1(4)：269-273

[24]Agyare K K,Addo K,Xiong Y L．Emulsifying and foaming properties of transglutaminase-treated wheat gluten hydrolysate as influenced by pH,temperature and salt[J]．Food Hydrocolloids,2009,23(1)：72-81

[25]Mimouni B,Azanza J L,Raymond J．Influence of double enzymic hydrolyses on gluten functionality[J]．Journal of the Science of Food and Agriculture,1999,79(7)：1048-1053

[26]Motoi H,Kodama T．Isolation and characterization of angiotensin I-converting enzyme inhibitory peptides from wheat gliadin hydrolysate[J]．Food/Nahrung,2003,47(5)：354-358

[27]王章存,原媛,王许东,等.谷朊粉酶解条件优化及其抗氧化活性[J].中国粮油学报,2014,29(11)：7-13

[28]乔晓林,刘树兴．双酶分步水解谷朊粉制备抗氧化肽[J]．食品工业,2014(2)：83-87

Enzymatic Hydrolysis Preparation Methods and the Research Progress of Wheat Protein Peptid

WANG Ming-hao1，LIU Jian-long1，*，SHI Jian-guo2，LI Liang3，WANG Qian1
（1.College of Life Science，Shandong Normal University，Jinan 250014，Shandong，China；2.Biology Institute，Shandong Academy of Sciences，Jinan 250014，Shandong，China；3.Shandong Academy of Food and Fermentation Industries，Jinan 250014，Shandong，China）

Multiple bioactivities have been found in the wheat protein peptide.The healthcare function of wheat protein peptide is considered to be good.In addition，it has the advantage of price.Therefore，the market prospects of it in functional food and health care products are deemed to be great.The preparation methods of wheat protein peptide have been changed from acid hydrolysis which is not so good in its effects to enzymatic hydrolysis.The research progress and enzymatic hydrolysis preparation methods to make wheat protein peptide are summed up in the paper.

wheat protein；enzymatic hydrolysis；protein peptide

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.14.053

王明皓（1992—），男（汉），硕士研究生在读，主要从事小麦蛋白肽加工研究。

*通信作者：刘建龙，研究员。

2015-08-10